26 junio 2011

Nuevas baterías que extraen la energía de las diferencias de salinidad del agua



Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford ha desarrollado una batería recargable que emplea la diferencia en la salinidad entre agua dulce y salada para generar corriente eléctrica. Esta tecnología permite obtener energía a partir de cualquier agua dulce que entra en el mar, un fenómeno que ocurre por ejemplo en los estuarios.


La batería usa esencialmente dos electrodos – uno positivo y otro negativo – inmersos en un líquido que contiene partículas o iones cargados eléctricamente. En el agua, los iones son cloro y sodio, los componentes de la sal de mesa ordinaria. El electrodo positivo está hecho de nanorods de dióxido de manganeso, que incrementan la superficie disponible para la interacción con los iones de sodio en aproximadamente 100 veces comparado con otros materiales. Los investigadores continúan investigando mejores materiales para el electrodo negativo que la plata usada en los experimentos, que es demasiado cara para su uso práctico.

Inicialmente, la batería se rellena con agua dulce y se aplica una corriente eléctrica para cargarla.  El agua dulce posteriormente se drena y se reemplaza con agua de mar. Debido a que el agua de mar está salada, contiene entre 60 y 100 veces más iones que el agua dulce, por lo que se incrementa el potencial eléctrico entre los dos electrodos. Esto hace posible acumular mucha más energía que la usada para cargar la batería. El voltaje realmente depende de las concentraciones de ión sodio y cloro que tengamos. Si cargamos con bajo voltaje en agua dulce, luego se descarga con alto voltaje en el agua de mar, lo que quiere decir que ganamos energía. Obtenemos más energía que ponemos.

Una vez la descarga se completa, el agua salada se drena y se reemplaza con agua dulce y el ciclo comienza de nuevo. La clase aquí es que cambiamos el electrolito, el líquido de las baterías.

Los experimentos llevados a cabo en California han alcanzado un 74 % de eficiencia en convertir la energía potencial en la batería a corriente eléctrica. Los investigadores piensan que con modificaciones simples puede alcanzarse un 85 % de eficiencia.

Otros investigadores han usado el contraste de salinidad entre el agua dulce y salada para producir electricidad, pero son procesos que típicamente requieren iones para moverse a través de una membrana y producir corriente eléctrica. Pero estas membranas tienden a ser frágiles, lo cual es una desventaja. Todos estos métodos hacen uso de un solo tipo de ión, mientras que las baterías de las que hablamos usan tanto iones de sodio como de cloro para generar electricidad.

Los investigadores admiten que uno de los factores limitantes es la cantidad de agua dulce disponible. Sin embargo los investigadores defienden que se podría obtener 2 TWh de energía anualmente si todos los ríos del mundo se pusiesen en uso. De acuerdo con los cálculos de los investigadores, una planta operando con 50 m3 de agua dulce por segundo tiene capacidad para obtener 100 MW.

El proyecto se adapta muy bien a ríos como el Amazonas que drenan gran parte de Sudamérica, pero también otros continentes como África o Norteamérica pueden utilizarla.

Bibliografía: Battery extracts energy from water salinity difference. Power Vol. 155. Nº 6. June 2011
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