Investigadores de Stanford descubren que el uso del agua de río y de mar pueden generar electricidad

Investigadores de Stanford han descubierto que usando el agua del río y el agua salada del océano se puede generar electricidad, para ello los investigadores han desarrollado una batería recargable que usa agua dulce y agua de mar para producir electricidad a partir de la diferencia de salinidad entre el agua dulce y el agua de mar. Con la ayuda de la nanotecnología, la batería cuenta con la diferencia de salinidad entre agua dulce y salada para generar una corriente. Una central de energía podría ser construido donde un río desemboca en el océano.

En cualquier lugar del planeta donde el agua dulce entra en el mar, como la desembocadura de los ríos o estuarios, podrían ser sitios potenciales para una planta de energía utilizando una batería, dijo Yi Cui, profesor asociado de ciencias de los materiales e ingeniería, quien dirigió el equipo de investigación.

El factor de limitación teórica, dijo, es la cantidad de agua dulce disponible. "De hecho, tenemos una cantidad infinita de agua de los océanos, lamentablemente no tenemos una cantidad infinita de agua dulce", dijo.

Como un indicador del potencial de la batería para producir energía, el equipo de Cui calculado que si todos los ríos del mundo fueron objeto de un uso, las baterías podrían suministrar alrededor de 2 teravatios de electricidad al año - que es aproximadamente el 13 por ciento del consumo mundial actual de energía.

La batería en sí es simple, consta de dos electrodos - una positiva y otra negativa - inmerso en un líquido que contiene partículas cargadas eléctricamente, o iones. En el agua, los iones de sodio y cloro, los componentes de la sal de mesa común.

Inicialmente, la batería está llena de agua dulce y una pequeña corriente eléctrica es aplicada a una recarga rápida. El agua dulce se drena y se reemplaza con agua de mar. Debido a que el agua de mar es salada, que contiene 60 a 100 veces más iones que el agua dulce, aumenta el potencial eléctrico o tensión, entre los dos electrodos. Eso hace que sea posible obtener la electricidad mucho más que la cantidad utilizada para cargar la batería.

"La tensión realmente depende de la concentración de los iones sodio y cloro que tiene," dijo Cui. "Si usted carga en baja tensión en agua dulce, entonces la descarga en alta tensión en el agua de mar, eso significa que la energía de ganancia. Usted obtiene más energía de la que usted pone adentro".

Una vez que la descarga se ha completado, el agua de mar se drena y se reemplaza con agua dulce y el ciclo puede comenzar de nuevo. "La clave aquí es que se necesita para cambiar el electrolito, el líquido de la batería", dijo Cui. Él es el autor principal de un estudio publicado en la revista Nano Letters a principios de este mes.
 

En sus experimentos de laboratorio, el equipo de Cui se utiliza agua de mar que recogieron del Océano Pacífico frente a la costa de California y de agua dulce del Lago Donner, en lo alto de la Sierra Nevada. Lograron 74% de eficiencia en la conversión de la energía potencial en la batería a la corriente eléctrica, pero Cui piensa con modificaciones simples, la batería podría ser del 85 por ciento de eficiencia.

Para mejorar la eficiencia, el electrodo positivo de la batería está hecha de nanorods de dióxido de manganeso. Que aumenta la superficie disponible para la interacción con los iones de sodio en aproximadamente 100 veces en comparación con otros materiales. El nanorods hace posible que los iones de sodio para entrar y salir del electrodo con facilidad, acelerando el proceso.

Otros investigadores han utilizado el contraste de salinidad entre el agua dulce y agua de mar para producir electricidad, pero los procesos requieren iones se mueven a través de una membrana para generar corriente. Cui dijo que esas membranas tienden a ser frágiles, lo cual es un inconveniente. Estos métodos también suelen hacer uso de un solo tipo de iones, mientras que su batería utiliza tanto el sodio y los iones de cloro para generar energía.

El equipo de Cui, ha  tenido en cuenta el impacto ambiental potencial de su batería en mente cuando lo diseñó. Eligieron el dióxido de manganeso para el electrodo positivo, en parte, porque es ambientalmente benigno.

El grupo sabe que la desembocadura de los ríos y estuarios, son los sitios lógicos para sus plantas de energía, son a la vez zonas ecológicamente sensibles.
"Usted quiere elegir un sitio a cierta distancia, a kilómetros de distancia, desde cualquier hábitat crítico", dijo Cui. "No tenemos necesidad de molestar a todo el sistema, sólo tenemos que algunas rutas del agua del río a través de nuestro sistema antes de llegar al mar. Estamos a préstamo y devolución de ella", señalo.

El proceso en sí debe tener escaso impacto ambiental. El agua de descarga sería una mezcla de agua dulce y salada, publicada en una zona donde las dos aguas ya la mezcla, a la temperatura natural.

Una de las preocupaciones de Cui es encontrar un buen material para el electrodo negativo. Él usó la plata para los experimentos, pero la plata es demasiado cara para su uso  práctico.

Su grupo hizo una estimación de las diversas regiones y países, y determinó que América del Sur, con el río Amazonas, drenando una gran parte del continente, tiene el mayor potencial. África también tiene una abundancia de ríos, al igual que Canadá, Estados Unidos y la India.

Pero el agua del río no tiene por qué ser la fuente de agua dulce, dijo Cui.
"El agua de este método no tiene que ser muy limpio", dijo, que las torrenteras o corrientes de agua generada por las tormentas y las aguas negras podría ser usadas.

Una operación de la planta de energía de 50 metros cúbicos de agua dulce por segundo podría producir hasta 100 megavatios de energía, según los cálculos del equipo. Eso sería suficiente para suministrar electricidad a unos 100.000 hogares.
Cui dijo que es posible que incluso el agua tratada de aguas residuales podría funcionar.

"Creo que tenemos que estudiar el uso de agua de alcantarillado", dijo. "Si podemos utilizar las aguas residuales, esto va a vender muy bien".

El financiamiento para esta investigación provino de la Universidad de Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST) y el Departamento de energía de EEUU.