Gli estuari, dove i fiumi d’acqua dolce incontrano il mare salato, sono luoghi ideali per il birdwatching e il kayak. In queste aree, acque contenenti diverse concentrazioni saline si mescolano e possono essere fonti di energia osmotica sostenibile, “blu”. Ricercatori dentro Lettere sull’energia ACS riportano la creazione di una membrana semipermeabile che raccoglie energia osmotica dai gradienti salini e la converte in elettricità. Il nuovo design aveva una densità di potenza in uscita più di due volte superiore rispetto alle membrane commerciali nelle dimostrazioni di laboratorio.
L’energia osmotica può essere generata ovunque si trovino gradienti salini, ma le tecnologie disponibili per catturare questa energia rinnovabile hanno margini di miglioramento. Un metodo utilizza una serie di membrane per elettrodialisi inversa (RED) che agiscono come una sorta di “batteria di sale”, generando elettricità dalle differenze di pressione causate dal gradiente salino. Per uniformare questo gradiente, gli ioni caricati positivamente dell’acqua di mare, come il sodio, fluiscono attraverso il sistema verso l’acqua dolce, aumentando la pressione sulla membrana. Per aumentare ulteriormente il suo potere di raccolta, la membrana deve anche mantenere una bassa resistenza elettrica interna consentendo agli elettroni di fluire facilmente nella direzione opposta degli ioni. Precedenti ricerche suggeriscono che il miglioramento sia del flusso di ioni attraverso la membrana RED sia dell’efficienza del trasporto degli elettroni aumenterebbe probabilmente la quantità di elettricità catturata dall’energia osmotica. Quindi, Dongdong Ye, Xingzhen Qin e colleghi hanno progettato una membrana semipermeabile con materiali rispettosi dell’ambiente che teoricamente minimizzerebbero la resistenza interna e massimizzerebbero la potenza di uscita.
Il prototipo della membrana RED dei ricercatori conteneva canali separati (cioè disaccoppiati) per il trasporto di ioni e di elettroni. Lo hanno creato inserendo un idrogel di cellulosa caricato negativamente (per il trasporto di ioni) tra strati di un polimero organico elettricamente conduttivo chiamato polianilina (per il trasporto di elettroni). I test iniziali hanno confermato la loro teoria secondo cui i canali di trasporto disaccoppiati determinavano una maggiore conduttività ionica e una minore resistività rispetto alle membrane omogenee realizzate con gli stessi materiali. In un serbatoio d’acqua che simulava un ambiente di estuario, il loro prototipo ha raggiunto una densità di potenza in uscita 2,34 volte superiore a quella di una membrana RED commerciale e ha mantenuto le prestazioni durante 16 giorni di funzionamento continuo, dimostrando le sue prestazioni stabili e a lungo termine sott’acqua. In un test finale, il team ha creato una serie di batterie al sale utilizzando 20 membrane RED e ha generato energia sufficiente per alimentare individualmente una calcolatrice, una luce LED e un cronometro.
Sì, Qin e i membri del suo team affermano che le loro scoperte ampliano la gamma di materiali ecologici che potrebbero essere utilizzati per realizzare membrane RED e migliorare le prestazioni di raccolta dell’energia osmotica, rendendo questi sistemi più fattibili per l’uso nel mondo reale.
Gli autori riconoscono il finanziamento della National Natural Science Foundation of China.
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