211service.com
Soluzione salata per la generazione di energia
La differenza di salinità tra acqua dolce e acqua salata è promettente come una grande fonte di energia rinnovabile. L'energia è necessaria per desalinizzare l'acqua e l'esecuzione del processo al contrario può generare energia. Ora un nuovo approccio basato su un design convenzionale della batteria che utilizza nanomateriali potrebbe fornire un modo per raccogliere quell'energia in modo economico.
Soluzione salina: Questo dispositivo genera elettricità sfruttando le differenze di salinità tra l'acqua dolce e quella salata. Le due strutture a lamina servono come elettrodi positivi e negativi; il bulbo di vetro è un elettrodo di riferimento.
Il nuovo dispositivo, sviluppato dai ricercatori della Stanford University, consiste in un elettrodo che attrae ioni di sodio positivi e uno che attrae ioni di cloro negativi. Quando gli elettrodi sono immersi nell'acqua salata, assorbono ioni sodio e cloro dall'acqua e il movimento degli ioni crea una corrente elettrica. Gli elettrodi vengono ricaricati scaricando l'acqua salata, sostituendola con acqua dolce e applicando una corrente elettrica a tensione relativamente bassa, che richiama gli ioni fuori dagli elettrodi. Quando l'acqua dolce viene scaricata, gli elettrodi sono pronti per attirare più ioni dal successivo lotto di acqua salata.
È il processo opposto alla desalinizzazione dell'acqua, in cui si mette energia e si cerca di generare acqua dolce e acqua salata più concentrata, afferma Yi Cui , professore di scienze dei materiali e ingegneria alla Stanford University e autore principale dello studio. Qui inizi con acqua dolce e acqua salata concentrata e poi generi energia.
Il gruppo di Cui ha convertito in elettricità il 74% dell'energia potenziale che esiste tra acqua salata e acqua dolce, senza alcun calo delle prestazioni oltre i 100 cicli. Posizionare gli elettrodi più vicini, afferma Cui, potrebbe consentire alla batteria di raggiungere l'85% di efficienza.
Una centrale elettrica che utilizza questa tecnologia sarebbe situata vicino al delta di un fiume dove l'acqua dolce incontra il mare. Prelevando 50 metri cubi di acqua di fiume al secondo, dice Cui, una centrale elettrica potrebbe produrre fino a 100 megawatt di potenza. Calcola che se tutta l'acqua dolce di tutti i fiumi costieri del mondo fosse sfruttata, il suo processo di gradiente di salinità potrebbe generare 2 terawatt, o circa il 13% dell'energia attualmente utilizzata in tutto il mondo.
Un tale uso su vasta scala, tuttavia, disturberebbe gravemente gli ambienti acquatici sensibili. Penso che saresti in grado di utilizzare solo una piccolissima frazione di questo o sarebbe un disastro ecologico, dice Menachem Elimelec , direttore del programma di ingegneria ambientale presso la Yale University. Elimelech afferma che sarebbe necessario pretrattare l'acqua per rimuovere il materiale sospeso, compresi gli organismi viventi. Tale elaborazione richiederebbe energia, aggiungerebbe costi e di per sé disturberebbe gravemente l'ecosistema se eseguita su larga scala.
Gli sforzi precedenti per raccogliere energia dal differenziale di salinità tra acqua salata e acqua dolce si sono concentrati principalmente su un processo noto come osmosi ritardata dalla pressione. In questo approccio, l'acqua dolce e l'acqua salata sono alloggiate in camere separate, che sono divise da una membrana artificiale. La maggiore salinità dell'acqua salata attira l'acqua dolce attraverso la membrana, aumentando la pressione sul lato dell'acqua salata. L'acqua pressurizzata viene quindi utilizzata per azionare una turbina e generare elettricità.
L'azienda elettrica norvegese Statkraft sta attualmente testando l'osmosi a pressione ritardata in un impianto pilota fuori Oslo e sta anche lavorando per sviluppare membrane più efficienti e durevoli. I funzionari della Statkraft affermano che il loro obiettivo è convertire l'80% dell'energia chimica disponibile in elettricità. Cui dice di dubitare che l'approccio sarà in grado di superare un'efficienza del 40 per cento. Dal punto di vista dell'efficienza siamo sicuramente molto meglio, dice.
Per ottenere un'elevata efficienza, il gruppo di Cui ha utilizzato nanotubi di biossido di manganese per l'elettrodo positivo della sua batteria. Il materiale fornisce agli ioni sodio una superficie circa 100 volte maggiore con cui interagire rispetto ai materiali degli elettrodi convenzionali. E la nanostruttura consente agli ioni di attaccarsi e staccarsi rapidamente dall'elettrodo, rendendo l'intera batteria più efficiente.
Il team di Cui ha utilizzato un elettrodo d'argento per legarsi agli ioni di cloro caricati negativamente. L'argento, tuttavia, è proibitivo per le implementazioni su larga scala ed è anche tossico, in grado di causare danni ambientali se si dissolve nell'acqua che scorre attraverso la batteria. Cui dice che il suo gruppo sta cercando un sostituto, ma potrebbe essere difficile trovare un'alternativa.