Energía osmótica: cómo crear energía limpia con agua, sal y una membrana de 3 átomos de espesor
BBC Mundo
En la naturaleza hay agua y sal abundantes y cómo se relacionan ambas puede ser la fuente de energía renovable. Image copyright THINKSTOCK Image caption.
Energía eléctrica puede ser generada de manera natural cuando el agua dulce entra en contacto con el agua salada a través de una membrana durante lo que se conoce como ósmosis.
El concepto es relativamentesencillo: una membrana semipermeable separa dos líquidos con diferentes concentraciones de sal y los iones de sal atraviesan la membrana hasta ambas concentraciones se equilibran.
Y como un ion es básicamente un átomo con carga eléctrica el movimiento de los iones podría ser utilizado paragenerar electricidad.
Pero ahora investigadores del Laboratorio de Biología Nanométrica de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza (EPFL), también han desarrollado un sistema de generación de energía osmótica de una eficiencia sin precedentes.
En el experimento, soluciones de agua con diferentes concentraciones de sal se separaron por una membrana de MoS2 de 3 átomos de espesor. Un flujo de iones, en su mayoría positivos pasan por el nanoporo de carga negativa. (Gráfica: Revista Nature) Image copyrightNATUREImage caption
La innovación se basa en una membrana de apenas tres átomos de espesor que separa a los dos fluidos y el estudio fue publicado en la revista Nature.
El potencial se abre para que el sistema pueda ser utilizado en las desembocaduras de los ríos del mundo -donde su agua dulce entra en contacto con la salinidad del mar- para generar una abundante fuente de energía limpia.
El secreto está en la membrana
El sistema de EPFL consiste en dos compartimentos llenos de líquido que están separados por una membrana ultradelgada hecha de disulfuro de molibdeno(MoS2).
La membrana tiene un pequeñísimo agujero, o nanoporo, a través del cual los iones del agua de mar pasan al agua dulce, hasta que las concentraciones de sal en ambos líquidos se igualan.
Una membrada de un metro cuadrado podría generar suficiente energía para iluminar 50.000 bombillas modernas. Image copyright GETTY IMAGES Image caption
A medida que los iones atraviesan el nanoporo, sus electrones son transferidos a un electrodo que se usa para generar la corriente eléctrica.
Entre más delgada sea la membrana, se produce más corriente. Y la de EPFL tiene un espesor de tres átomos, que es lo que destaca este sistema.
Las propiedades del material MoS2 son ideales para permitir que los iones de carga positiva pasen mientras rechaza la mayoría de los de carga negativa.
Eso crea voltaje entre ambos líquidos, a medida que uno acumula carga positiva y el otro acumula carga negativa. Este voltaje es lo que causa el flujo de la corriente generada por el paso de los iones.
"Primero tuvimos que fabricar y luego investigar el tamaño óptimo del nanoporo", dijo Jiandong Feng, principal autor de la investigación.
"Si era muy grande, dejaría pasar iones negativos, resultando en un voltaje muy bajo. Si era muy pequeño, no podrían pasar suficientes iones y la corriente sería muy débil".
Gran potencial
Según los cálculos de los investigadores, el potencial del nuevo sistema es inmenso.
Una membrada de un metro cuadrado, con 30% de su superficie cubierta en nanoporos debería generar 1 megavatio de electricidad; suficiente energía para iluminar 50.000 bombillasmodernas.
Image copyrightTHINKSTOCKImage captionLos estuarios y las desembocaduras de los ríos en el mar se podrían convertir en gran generadores de energía limpia.
Además, el MoS2 se encuentra fácilmente en la naturaleza o puede ser creado por la deposición de vapor químico, así que el sistema podría llevarse a la producción en gran escala.
El reto está en cómo hacer poros de tamaños uniformes. Hasta ahora, los investigadores han trabajado con membranas de un solo poro y lograron encender un nanotransistor con la energía generada.
El experimento ha sido ideal para el entendimiento del sistema y la información acumulada será muy útil en la futura comercialización del sistema, aseguró Jiandong Feng.
Las investigaciones de la EPFL son parte de una creciente tendencia en energía osmótica.
Proyectos pilotosse ha llevado a cabo en Europa, Japón y Estados Unidos, aunque estos han involucrado membranas frágiles que generan corrientes muy bajas de electricidad.
No obstante, la ósmosis se perfila como una prometedora y robusta fuente de energía renovable.
Mientras los paneles solares requieren de adecuada luz del Sol y las turbinas eólicas buen viento, la energía osmótica puede ser producida a cualquier hora, siempre y cuando haya un estuario cerca.
http://www.bbc.com/mundo/noticias-36805727
Generan electricidad a partir de agua y sal
Una membrana de un metro cuadrado que separaría la sal del agua de mar podría ser capaz de producir la suficiente electricidad para alimentar 50.000 bombillas estándar de luz de bajo consumo.
AVICENTEGIL
EUROPA PRESS
MADRID.- Investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, han desarrollado un sistema que genera electricidad a partir de un fenómeno físico, que separa la sal y el agua a través de una membrana de tres átomos de espesor, llamado ósmosis.
Su trabajo, que se detalla en un artículo publicado en 'Nature', emplea agua de mar, agua dulce y un nuevo tipo de membrana de sólo tres átomos de espesor. Los defensores de la energía limpia pronto tendrán una nueva fuente para añadir a su gama existente de energía solar, eólica e hidroeléctrica: la energía osmótica, según los autores.
O más concretamente, energía generada por un fenómeno natural que se produce cuando el agua dulce entra en contacto con el agua de mar a través de una membrana. Los investigadores del Laboratorio de Biología de Nanoescala de la EPFL destacan que este proceso obtiene rendimientos nunca antes vistos.
Los iones de sal viajan a través de la membrana hasta que el agua dulce y la salada tienen la misma concentración de sal
El concepto es que una membrana semipermeable separa dos fluidos con diferentes concentraciones de sal. Los iones de sal viajan a través de la membrana hasta que las concentraciones de sal en los dos fluidos alcanzan el equilibrio, un fenómeno llamado ósmosis, informa la EPFL en un comunicado.
Puesto que un ion es simplemente un átomo con carga eléctrica, el movimiento de los iones de sal puede aprovecharse para generar electricidad.
Un metro cuadrado de membrana para 50.000 bombillas
Gracias a sus propiedades, la membrana permite que los iones con carga positiva pasen a través de ella mientras empuja la mayoría de los cargados negativamente. Eso crea una tensión entre los dos líquidos, ya que uno acumula una carga positiva y el otro una carga negativa, y esta tensión es lo que hace la corriente generada por la transferencia de iones.
"Hemos tenido que fabricar primero y luego investigar el tamaño óptimo del nanoporo. Si es demasiado grande, los iones negativos pueden pasar a través y la tensión resultante sería demasiado baja, y si es demasiado pequeño, no pasan iones suficientes y que la corriente es demasiado débil", detalla Jiandong Feng, autor principal de la investigación.
Lo que diferencia el sistema del EPFL es su membrana. En estos tipos de sistemas, la corriente aumenta con una membrana más fina y la membrana de la EPFL tiene pocos átomos de espesor, además de que está hecha de un material -disulfuro de molibdeno- idónea para la generación de una corriente osmótica. "Es la primera vez que se usa un material de dos dimensiones para este tipo de aplicación", destaca Aleksandra Radenovic, jefa del Laboratorio de Biología a Nanoescala.
El principal desafío es encontrar la manera de hacer poros relativamente uniformes
Según cálculos, una membrana un metro cuadrado con un 30% de su superficie cubierta por nanoporos debería ser capaz de producir un mega vatio de electricidad, o lo suficiente para alimentar 50.000 bombillas estándar de luz de bajo consumo.
Y puesto que el disulfuro de molibdeno (MoS2) es fácil de encontrar en la naturaleza o se puede cultivar por deposición química de vapor, el sistema podría ser factible para aumentar la generación de energía a gran escala. El principal desafío en la ampliación de este proceso es encontrar la manera de hacer poros relativamente uniformes.
Hasta ahora, los investigadores han trabajado sobre una membrana con un solo nanoporo, con el fin de comprender exactamente qué sucedía.
"Desde una perspectiva de ingeniería, necesitamos el sistema de nanoporos que resulte ideal para mejorar nuestra comprensión fundamental de los procesos basados en membranas y proporcionar información útil para la comercialización a nivel industrial", explica Feng Jiandong.
http://www.publico.es/ciencias/generan-electricidad-partir-agua-y.html
