(PhysOrg.com) - Investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer han desarrollado un nuevo método para recolectar energía del agua que fluye. Este descubrimiento tiene como objetivo acelerar la creación de microsensores autoamplificados para una exploración petrolera más precisa y rentable.

Dirigido por el profesor Nikhil Koratkar de Rensselaer, Los investigadores investigaron cómo el flujo de agua sobre superficies recubiertas con el nanomaterial grafeno podría generar pequeñas cantidades de electricidad. El equipo de investigación demostró la creación de 85 nanovatios de potencia a partir de una hoja de grafeno que mide 0,03 milímetros por 0,015 milímetros.

Esta cantidad de energía debería ser suficiente para alimentar pequeños sensores que se introducen en el agua u otros fluidos y se bombean hacia un pozo de petróleo potencial. Dijo Koratkar. A medida que el agua inyectada se mueve a través de grietas y hendiduras que ocurren naturalmente en las profundidades de la tierra, los dispositivos detectan la presencia de hidrocarburos y pueden ayudar a descubrir bolsas ocultas de petróleo y gas natural. Mientras el agua fluya sobre los dispositivos recubiertos de grafeno, deben poder proporcionar una fuente de energía confiable. Esta potencia es necesaria para que los sensores transmitan datos e información recopilados a la superficie.

"Es imposible alimentar estos microsensores con baterías convencionales, ya que los sensores son demasiado pequeños. Entonces creamos un recubrimiento de grafeno que nos permite capturar energía del movimiento del agua sobre los sensores, "Dijo Koratkar, profesor en el Departamento de Mecánica, Aeroespacial, e Ingeniería Nuclear y el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Escuela de Ingeniería Rensselaer. “Si bien se ha observado un efecto similar para los nanotubos de carbono, este es el primer estudio de este tipo con grafeno. La capacidad de recolección de energía del grafeno fue al menos un orden de magnitud superior a la de los nanotubos. Es más, la ventaja de las láminas de grafeno flexibles es que se pueden envolver alrededor de casi cualquier geometría o forma ".

Detalles del estudio, titulado "Cosecha de energía del flujo de agua sobre grafeno, ”Fueron publicados hoy en línea por la revista Nano letras . El estudio también aparecerá en una futura edición impresa de la revista.

La exploración de hidrocarburos es un proceso costoso que implica perforar profundamente en la tierra para detectar la presencia de petróleo o gas natural. Koratkar dijo que a las compañías de petróleo y gas les gustaría aumentar este proceso enviando una gran cantidad de sensores a microescala o nanoescala a pozos de perforación nuevos y existentes. Estos sensores viajarían lateralmente a través de la tierra, transportados por agua a presión bombeada a estos pozos, y en la red de grietas que existen debajo de la superficie de la tierra. Las compañías petroleras ya no se limitarían a la exploración vertical, y los datos recopilados de los sensores proporcionarían a estas empresas más información para decidir las mejores ubicaciones para perforar.

El descubrimiento del equipo es una solución potencial para un desafío clave para la realización de estos microsensores autónomos, que deberá ser autoalimentado. Cubriendo los microsensores con una capa de grafeno, los sensores pueden recolectar energía a medida que el agua fluye sobre el revestimiento.

"Envolveremos el revestimiento de grafeno alrededor del sensor, y actuará como una "piel inteligente" que sirve como generador de energía nanofluídica, —Dijo Koratkar.

El grafeno es una hoja de átomos de carbono de un solo átomo de espesor, que están dispuestos como una valla de tela metálica. Para este estudio, El equipo de Koratkar utilizó grafeno que se cultivó mediante deposición de vapor químico sobre un sustrato de cobre y se transfirió a dióxido de silicio. Los investigadores crearon un aparato de túnel de agua experimental para probar la generación de energía a medida que el agua fluye sobre el grafeno a diferentes velocidades.

Además de demostrar físicamente la capacidad de generar 85 nanovatios de potencia a partir de un pequeño fragmento de grafeno, los investigadores utilizaron simulaciones de dinámica molecular para comprender mejor la física de este fenómeno. Descubrieron que los iones de cloruro presentes en el agua se adhieren a la superficie del grafeno. Mientras el agua fluye sobre el grafeno, la fuerza de fricción entre el flujo de agua y la capa de iones de cloruro adsorbidos hace que los iones se desplace a lo largo de la dirección del flujo. El movimiento de estos iones arrastra las cargas libres presentes en el grafeno a lo largo de la dirección del flujo, creando una corriente interna.

Esto significa que el recubrimiento de grafeno requiere que los iones estén presentes en el agua para funcionar correctamente. Por lo tanto, Las empresas de exploración de petróleo necesitarían agregar productos químicos al agua que se inyecta en el pozo. Koratkar dijo que esto es fácil, solución económica.

Para el estudio, El equipo de Koratkar también probó la energía recolectada del agua que fluye sobre una película de nanotubos de carbono. Sin embargo, la generación de energía y el rendimiento fueron muy inferiores a los obtenidos con grafeno, él dijo.

Mirando las posibles aplicaciones futuras de esta nueva tecnología, Koratkar dijo que podía imaginarse microrobots o microsubmarinos autoamplificados. Otra posibilidad es obtener energía de una capa de grafeno en la parte inferior de un barco.