La sal es poder. 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 un tecnología duradera que podría aprovechar esta llamada energía azul.

El papel, publicado recientemente en la revista American Chemical Society ACS Omega , describe la batería y sugiere usarla para hacer que las plantas de tratamiento de aguas residuales costeras sean energéticamente independientes.

"La energía azul es una fuente inmensa y sin explotar de energía renovable, "dijo el coautor del estudio, Kristian Dubrawski, becaria postdoctoral en ingeniería civil y ambiental en Stanford. "Nuestra batería es un gran paso hacia la captura práctica de esa energía sin membranas, partes móviles o entrada de energía ".

Dubrawski trabaja en el laboratorio del coautor del estudio Craig Criddle, un profesor de ingeniería civil y ambiental conocido por proyectos de campo interdisciplinarios de tecnologías de eficiencia energética. 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, becario postdoctoral en ciencia e ingeniería de materiales en el momento de la investigación. Aplicar ese concepto a las plantas de tratamiento de aguas residuales costeras fue el giro de Criddle, nacido de su dilatada experiencia desarrollando tecnologías para el tratamiento de aguas residuales.

Los investigadores probaron un prototipo de batería, monitorear su producción de energía mientras la descarga con intercambios horarios alternos de efluentes de aguas residuales de la Planta Regional de Control de Calidad del Agua de Palo Alto y agua de mar recolectada cerca de Half Moon Bay. Más de 180 ciclos, Los materiales de la batería mantuvieron una efectividad del 97 por ciento en la captura de la energía del gradiente de salinidad.

La tecnología podría funcionar en cualquier lugar donde se mezclen agua dulce y salada, pero las plantas de tratamiento de aguas residuales ofrecen un estudio de caso particularmente valioso. El tratamiento de aguas residuales consume mucha energía, lo que representa aproximadamente el tres por ciento de la carga eléctrica total de EE. UU. El proceso, esencial para la salud de la comunidad, también es vulnerable a los cortes de la red eléctrica. Hacer que las plantas de tratamiento de aguas residuales sean energéticamente independientes no solo reduciría el uso de electricidad y las emisiones, sino que también las haría inmunes a los apagones, una gran ventaja en lugares como California, donde los recientes incendios forestales han provocado cortes de energía a gran escala.

El poder del agua

Cada metro cúbico de agua dulce que se mezcla con agua de mar produce alrededor de .65 kilovatios-hora de energía, suficiente para alimentar una casa estadounidense promedio durante unos 30 minutos. Globalmente 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 viviendas al año.

La batería del grupo Stanford no es la primera tecnología que logra capturar energía azul, pero es el primero en utilizar la electroquímica de la batería en lugar de la presión o las membranas. Si funciona a escala, la tecnología ofrecería una solución más simple, solución robusta y rentable.

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 al otro. Luego, un rápido intercambio de efluentes de aguas residuales con agua de mar hace que el electrodo reincorpore los iones de sodio y cloruro e invierta el flujo de corriente. La energía se recupera durante los lavados de agua dulce y salada, sin inversión de energía inicial y sin necesidad de recargar. 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 producción de energía sigue siendo baja por área de electrodo, El potencial de ampliación de la batería se considera más factible que las tecnologías anteriores debido a su tamaño reducido. sencillez, creación de energía constante y falta de membranas o instrumentos para controlar la carga y el voltaje. Los electrodos están hechos con azul de Prusia, un material ampliamente utilizado como pigmento y medicina, que cuesta menos de $ 1 el kilogramo, y polipirrol, un material utilizado experimentalmente en baterías y otros dispositivos, que se vende por menos de $ 3 el kilogramo a granel.

También hay poca necesidad de baterías de respaldo, como 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 para cualquier planta de tratamiento costera. La producción de energía excedente incluso podría desviarse a una operación industrial cercana, como una planta desaladora.

"Es una solución científicamente elegante a un problema complejo, ", Dijo Dubrawski." Debe probarse a escala, y no aborda el desafío de aprovechar la energía azul a escala global (ríos que desembocan en el océano), pero es un buen punto de partida que podría impulsar estos avances ".

Para evaluar todo el potencial de la batería en plantas de aguas residuales municipales, los investigadores están trabajando en una versión a escala para ver cómo funciona el sistema con varias baterías funcionando simultáneamente.