La sal es energía. Puede sonar a alquimia, pero la energía en lugares donde el agua salada del océano y el agua dulce se mezclan podría proporcionar una fuente masiva de energía renovable. Los investigadores de Stanford han desarrollado una tecnología asequible y duradera que podría aprovechar este llamado azulenergía.
El artículo, publicado recientemente en la American Chemical Society ACS Omega , describe la batería y sugiere usarla para hacer que las plantas de tratamiento de aguas residuales costeras sean independientes de la energía.
"La energía azul es una fuente inmensa y sin explotar de energía renovable", dijo el coautor del estudio Kristian Dubrawski, un académico postdoctoral en ingeniería civil y ambiental en Stanford. "Nuestra batería es un paso importante para capturar prácticamente esa energía sin membranas, partes móvileso entrada de energía "
Dubrawski trabaja en el laboratorio del coautor del estudio Craig Criddle, profesor de ingeniería civil y ambiental conocido por proyectos de campo interdisciplinarios de tecnologías eficientes en energía. La idea de desarrollar una batería que aproveche los gradientes de sal se originó con los coautores del estudio, Yi Cui, profesor de ciencia e ingeniería de materiales, y Mauro Pasta, académico postdoctoral en ciencia e ingeniería de materiales en el momento de la investigación. La aplicación de ese concepto a las plantas de tratamiento de aguas residuales costeras fue el giro de Criddle, nacido de su larga experiencia en el desarrollo de tecnologías para el tratamiento de aguas residuales.
Los investigadores probaron un prototipo de la batería, monitoreando su producción de energía mientras la lavaban con intercambios horarios alternos de efluentes de aguas residuales de la Planta de Control de Calidad del Agua Regional de Palo Alto y el agua de mar recolectada cerca de Half Moon Bay. Durante 180 ciclos, los materiales de la batería se mantuvieron97 por ciento de efectividad en la captura de la energía del gradiente de salinidad.
La tecnología podría funcionar en cualquier lugar donde se entremezclan agua dulce y salada, pero las plantas de tratamiento de aguas residuales ofrecen un estudio de caso particularmente valioso. El tratamiento de aguas residuales es intensivo en energía y representa aproximadamente el tres por ciento de la carga eléctrica total de los EE. UU. El proceso es esencial parala salud de la comunidad, también es vulnerable a los cortes de la red eléctrica. Hacer que las plantas de tratamiento de aguas residuales sean independientes de la energía no solo reduciría el uso de electricidad y las emisiones, sino que también las haría inmunes a los apagones, una ventaja importante en lugares como California, donde los recientes incendios forestales han provocadointerrupciones a gran escala.
Energía del agua
Cada metro cúbico de agua dulce que se mezcla con agua de mar produce aproximadamente 0,65 kilovatios-hora de energía, suficiente para alimentar la casa estadounidense promedio durante aproximadamente 30 minutos. A nivel mundial, la energía teóricamente recuperable de las plantas de tratamiento de aguas residuales costeras es de aproximadamente 18 gigavatios -- suficiente para alimentar más de 1.700 hogares durante un año.
La batería del grupo Stanford no es la primera tecnología que logra capturar energía azul, pero es la primera en usar electroquímica de batería en lugar de presión o membranas. Si funciona a escala, la tecnología ofrecería una tecnología más simple, robusta y económica-solución efectiva.
El proceso primero libera iones de sodio y cloruro de los electrodos de la batería a la solución, haciendo que la corriente fluya de un electrodo a otro. Luego, un intercambio rápido de efluentes de aguas residuales con agua de mar lleva al electrodo a reincorporar los iones de sodio y cloruro e invertirel flujo actual. La energía se recupera tanto durante el flujo de agua dulce como de agua de mar, sin inversión de energía inicial y sin necesidad de carga. Esto significa que la batería se descarga y recarga constantemente sin necesidad de ningún aporte de energía.
Tecnología duradera y asequible
Si bien las pruebas de laboratorio mostraron que la potencia de salida aún es baja por área de electrodo, el potencial de ampliación de la batería se considera más factible que las tecnologías anteriores debido a su pequeño tamaño, simplicidad, creación constante de energía y falta de membranas o instrumentos para controlar la carga y el voltajeLos electrodos están hechos con Prussian Blue, un material ampliamente utilizado como pigmento y medicina, que cuesta menos de $ 1 por kilogramo, y polipirrol, un material utilizado experimentalmente en baterías y otros dispositivos, que se vende por menos de $ 3 por kilogramo a granel..
También hay poca necesidad de baterías de respaldo, ya que los materiales son relativamente robustos, un recubrimiento de alcohol polivinílico y ácido sulfosuccínico protege los electrodos de la corrosión y no hay partes móviles involucradas. Si se amplía, la tecnología podría proporcionar voltaje y corriente adecuados paracualquier planta de tratamiento costero. La producción de energía excedente podría incluso desviarse a una operación industrial cercana, como una planta de desalinización.
"Es una solución científicamente elegante para un problema complejo", dijo Dubrawski. "Necesita ser probado a escala, y no aborda el desafío de aprovechar la energía azul a escala global: los ríos que desembocan en el océano- pero es un buen punto de partida que podría impulsar estos avances "
Para evaluar el potencial total de la batería en las plantas municipales de aguas residuales, los investigadores están trabajando en una versión a escala para ver cómo funciona el sistema con múltiples baterías funcionando simultáneamente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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