La energía del agua del mar posibilita el desarrollo de una nueva batería hecha de materiales asequibles y duraderos genera energía desde lugares donde la sal y las aguas dulces se mezclan. La tecnología podría hacer que las plantas de tratamiento de aguas residuales costeras sean independientes de la energía y neutrales en carbono.
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 una tecnología asequible y duradera que podría aprovechar esta llamada energía azul.
El documento describe la batería y sugiere su uso 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 en ingeniería civil y ambiental en Stanford.»Nuestra batería es un gran paso para capturar prácticamente esa energía sin membranas, partes móviles o energía».
Durante 180 ciclos, los materiales de la batería mantuvieron un 97 por ciento de efectividad 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.
El proceso, esencial para la salud de la comunidad, también es vulnerable a los apagones 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 gran ventaja en lugares como California, donde los incendios forestales recientes 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 aproximadamente 0,65 kilovatios-hora de energía, suficiente para alimentar una casa 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 solución más simple, 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 a 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 y revierta el flujo de corriente.
La energía se recupera durante las descargas de agua dulce y agua de mar, sin inversión inicial de energía y sin necesidad de cargar.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 sigue siendo baja por área de electrodo, el potencial de escalamiento 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 voltaje.
Los 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 U$S 3,00 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 contra 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 podría incluso desviarse a una operación industrial cercana, como una planta de desalinización.
«Es una solución científicamente elegante para 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 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.