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Generan electricidad a partir de agua y sal

  • Energía osmótica: cómo crear energía limpia con agua, sal y una membrana de 3 átomos de espesor.

Lausana, Suiza. 5 agosto, 2016. Investigadores de la EPFL (Escuela Politécnica Federal de Lausana), en Suiza, han desarrollado un sistema que genera electricidad a partir de ósmosis con una gran eficiencia. Su trabajo, que se detalla en un artículo publicado en Nature, utiliza agua de mar, agua dulce y un nuevo tipo de membrana de sólo 3 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.

Investigadores del Laboratorio de Biología de Nanoescala de la EPFL han desarrollado un sistema de generación de energía osmótica que ofrece rendimientos nunca antes vistos, según destacan los propios autores. Su innovación radica en una membrana de tres átomos de espesor que se usa para separar los dos fluidos.

osmosis - electricidad - agua - 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.

Si el sistema se utiliza con agua de mar y agua dulce, los iones de sal en el agua de mar pasan a través de la membrana al agua dulce hasta que ambos líquidos tienen la misma concentración de sal. Puesto que un ion es simplemente un átomo con carga eléctrica, el movimiento de los iones de sal puede aprovecharse para generar electricidad.

El sistema del EPFL consta de dos compartimentos llenos de líquido separados por una membrana delgada hecha de disulfuro de molibdeno. La membrana tiene un pequeño agujero, o anoporo, a través del cual pasan los iones del agua de mar al agua dulce hasta que las concentraciones de sal de los dos fluidos son iguales. A medida que los iones pasan a través del nanoporo, sus electrones se transfieren a un electrodo, que es lo que se utiliza para generar una corriente eléctrica.

Un metro cuadrado de membrana para 50.000 ampolletas

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 que se se genere corriente 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 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 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- idóneo 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.

Según cálculos, una membrana de 1 metro cuadrado con un 30% de su superficie cubierta por nanoporos debe ser capaz de producir 1 MW de electricidad, o lo suficiente para alimentar a 50.000 ampolletas 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, el sistema de nanoporos resulta 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.

¿En qué consiste la ósmosis?

La ósmosis es el proceso por el cual en caso de haber dos fluidos con distintas concentraciones de iones separados por una membrana semipermeable, los iones viajan de la más concentrada a la menos concentrada para igualar las cantidades.

osmosis - electricidad agua sal

Ocurre algo similar en las células, aunque en este caso es el agua la que viaja, de modo que si la concentración de iones en el exterior de la célula es mayor que en el interior, el agua sale para igualar las concentraciones, mientras que en el caso contrario entra.

La obtención de electricidad con agua salada y dulce no es algo nuevo, pero el método llevado a cabo por científicos del Laboratorio EPFL de Biología a Nanoescala sí que introduce mejoras a los procesos conocidos hasta el momento, haciéndolo mucho más eficaz.

En este caso aprovechan la ósmosis lógica entre el agua dulce de los ríos y la salada del mar para provocar un trasvase de iones a través de una membrana semipermeable muy fina, de tan solo tres átomos de espesor, compuesta por disulfuro de molibdeno.

Las características de esta membrana, compuesta por poros nanométricos, permiten que los iones positivos pasen a través de ella, empujando hacia fuera la mayoría de los negativos, generando con ello una diferencia de carga que se aprovecha para producir electricidad, gracias también a los electrodos que captarán los electrones necesarios.

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