Un team di ricercatori della Penn State University ha creato un nuova tecnologia per generare energia nel punto in cui si incontrano acqua di mare e acqua dolce, in grado di soddisfare oltre il 40% della domanda energetica globale.
La ricerca è stata guidata da Christopher Gorski, assistente professore di ingegneria ambientale alla Penn State. TUN ha parlato con Gorski per ottenere ulteriori informazioni sulla ricerca.
“Il nostro lavoro ha dimostrato che un dispositivo simile a una batteria può generare quantità considerevoli di elettricità mescolando acqua dolce e acqua di mare, rendendolo forse economicamente sostenibile”, ha detto Gorski a TUN. "Si basa sulla differenza nella concentrazione di sale tra le due fonti d'acqua", ha detto Gorski in una nota.
Metodi attuali di sviluppo dell'energia
Attualmente esistono tre metodi simili per sviluppare l'energia, ma non si sono rivelati molto efficaci.
Il primo metodo è l’osmosi ritardata dalla pressione (PRO). Questo metodo utilizza una membrana semipermeabile per separare l'acqua dolce dall'acqua di mare. L'energia viene creata dalla potenza del gradiente salino (osmotico), che viene trasferita in energia facendo girare le turbine. "Il problema principale con PRO è che le membrane che trasportano l'acqua si sporcano, il che significa che i batteri crescono su di esse o le particelle si incastrano sulla loro superficie e non trasportano più l'acqua attraverso di esse", ha spiegato Gorski in una nota.
Il secondo metodo è l’elettrodialisi inversa (RED). Il ROSSO utilizza un gradiente elettrochimico per sviluppare tensioni quando gli ioni si spostano da una soluzione all'altra. "Le membrane a scambio ionico consentono solo agli ioni caricati positivamente di muoversi attraverso di esse o agli ioni caricati negativamente", ha detto Gorski in una nota. "Quindi passa solo il sale disciolto e non l'acqua stessa."
L'ultimo metodo è la miscelazione capacitiva (CapMix). Quando gli elettrodi sono esposti all'acqua con diversi livelli di salinità, si crea una tensione. L'energia viene quindi catturata da quella tensione.
Le tecnologie CapMix e RED, da sole, faticano entrambe a creare grandi quantità di energia. Quindi, Gorski, insieme a Bruce Logan, il professore di ingegneria Evan Pugh e il professore di ingegneria ambientale Stan e Flora Kappe, e Taeyoung Kim, studioso post-dottorato in ingegneria ambientale, e un team di ricercatori hanno combinato elementi dei due metodi per creare una nuova tecnologia ad alta efficienza energetica.
Il nuovo metodo di Penn State
Nel nuovo metodo, i ricercatori hanno sviluppato una cellula con due canali separati da una membrana a scambio anionico. Elettrodi di rame esacianoferrato sono stati posizionati in ciascun canale e un foglio di grafite è stato utilizzato per raccogliere la corrente.
"Ci sono due cose che succedono qui che lo fanno funzionare", ha spiegato Gorski in una nota. “Il primo è che il sale va agli elettrodi. Il secondo è che il cloruro si trasferisce attraverso la membrana. Poiché entrambi questi processi generano una tensione, si finisce per sviluppare una tensione combinata sugli elettrodi e attraverso la membrana”.
Questa tecnologia di energia rinnovabile potrebbe essere di grande aiuto nel raggiungimento della sostenibilità ambientale.
Il prodotto può ridurre la quantità di energia persa nella desalinizzazione dell'acqua. “La desalinizzazione dell’acqua produce acqua dolce, ma anche una salamoia concentrata”, ha detto Gorski a TUN. “Dopo che l’acqua dolce è stata utilizzata e passa attraverso un impianto di trattamento delle acque reflue, può essere miscelata con la salamoia concentrata per recuperare la maggior parte dell’energia originariamente necessaria per la desalinizzazione”.
Inoltre, il prodotto può fungere da fonte di energia primaria per un gran numero di popolazioni che circondano le regioni costiere, comprese quelle poco popolate. "La tecnologia è la migliore per aree in cui altre tecnologie di energia rinnovabile non saranno altrettanto utili", ha spiegato Gorski. “La tecnologia può essere adatta per le comunità più piccole, poiché si spera che l’infrastruttura possa essere piccola rispetto ad altre tecnologie di energia rinnovabile”.
Dopo molte ricerche e sviluppo, la tecnologia sembra promettente. Il TUN è stato tuttavia informato che sono ancora necessari miglioramenti. “Realisticamente, la tecnologia è a più di cinque anni di distanza dal fatto che si vedano impianti pilota bloccarsi vicino alle spiagge”, ha detto Gorski.
“Molte cose dovranno essere fatte per tradurre la tecnologia in vere e proprie centrali elettriche”, ha spiegato Gorski a TUN. “Innanzitutto dobbiamo ottimizzare la chimica. Esistono numerosi materiali che potrebbero essere utilizzati, ma solo una manciata è stata testata. Successivamente, dobbiamo considerare i costi di ciascun componente del dispositivo in relazione alle sue prestazioni”.
La sfida più grande, ovvero l’allungamento dei tempi prima che il prodotto sia commercializzabile, è l’alto costo delle membrane a scambio ionico. “Ridurre tali costi è fondamentale per rendere questa tecnologia competitiva in termini di costi con altre tecnologie di energia rinnovabile. L’elevato costo delle membrane a scambio ionico rappresenta un problema anche per la desalinizzazione e altre tecnologie di trattamento dell’acqua”, ha aggiunto Gorski.
La carenza di fondi limita il potenziale della ricerca. Il denaro aiuterebbe ad assumere più studenti, studenti post-doc e scienziati. "Come praticamente tutti i ricercatori, il mio team è attualmente limitato dal numero di studenti che possiamo supportare, non dal numero di idee", ha detto Gorski a TUN. “Il denaro ci consentirebbe di far avanzare questa tecnologia più rapidamente avendo più menti che lavorano su di essa e più linee di indagine”.
Il progetto è attualmente finanziato dalla National Science Foundation e da una sovvenzione interna del Penn State Institutes of Energy and the Environment e del Materials Research Institute.
