Una máquina que podría generar energía en la desembocadura de los ríos

Algunos ingenieros medioambientales miran la desembocadura de un río y ven una fuente de energía sin aprovechar. Cuando un río fluye hacia el océano, el agua dulce y la salada se mezclan, dando lugar a un proceso entrópico que libera casi tanta energía como el agua que cae desde una presa de 270 metros de alto, según Christopher A. Gorski de la Pennsylvania State University.

Actualmente dicha energía entrópica se libera en forma de calor. Pero si se pudiera atrapar en las desembocaduras de todos los ríos, podría proporcionar el 11% de la demanda energética a nivel mundial, dijo Gorski en la presentación de su grupo de investigación que tuvo lugar el pasado miércoles en la reunión anual de la American Chemical Society en Filadelfia.

Los ingenieros medioambientales trabajan en lo que se conoce como tecnologías de gradiente salino para explotar esta energía renovable. En la reunión, el grupo de Gorski anunció una nueva estrategia para extraer energía de la mezcla de agua salada y agua dulce. Dicha estrategia mejora la potencia extraída y los costos de material de un método ya existente.

Existen tres métodos principales con los que obtener energía por gradiente salino, pero dos de ellos se enfrentan a un obstáculo significativo: el coste. Estos métodos –la ósmosis por presión retardada y la electrodiálisis inversa– se apoyan en el uso de membranas de alto coste que han de ser reemplazadas con el paso del tiempo.

El tercer método y el más novedoso, llamado mezcla capacitiva, evita estas membranas tan caras, pero es el método que menor energía extrae de los tres. El concepto, desarrollado originalmente por Doriano Brogioli de la Universidad de Milano-Bicocca, implica la generación de electricidad al mover electrodos de una solución de alta concentración salina a otra de concentración salina baja. En la solución más concentrada, un electrodo genera cargas al acumular iones de sodio, mientras que el otro lo hace con iones de cloro. Al poner ambos electrodos en la solución de baja concentración salina, ambos se descargan, generando una corriente eléctrica al liberar los iones.

Para Brogioli, una de las limitaciones que el método original presentaba era el rendimiento de los materiales de los electrodos. A pesar de que existen materiales que capturan cationes de forma eficiente, los materiales que capturan aniones no rinden de forma óptima, según declaró.

El dispositivo del equipo de la Penn State, bautizado como batería de flujo de gradiente salino, se apoya en la idea propuesta por Brogioli y no emplea un electrodo que capture aniones, sino que recurre a dos electrodos que atrapan iones de sodio (Environ. Sci. Technol. 2016, DOI: 10.1021/acs.est.6b02554).

El dispositivo consiste en dos electrodos de hexacianoferrato de cobre. Por uno de ellos pasa una solución de alta concentración salina y por el otro una de baja concentración. Esto crea una celda de concentración, lo que genera un potencial electroquímico entre los dos electrodos debido a la diferencia de concentraciones de ambas disoluciones.

Al descargar el dispositivo y fluir la corriente eléctrica, el electrodo en la solución de alta concentración salina toma iones de sodio, mientras que el otro electrodo los libera. Esto hace que el potencial entre los electrodos decaiga. Cuando se aproxima a cero, los investigadores intercambian las disoluciones para que el electrodo que estaba en contacto con la disolución de alta concentración pase a estar bañado por la disolución de baja concentración y vice versa. Esto regenera el potencial eléctrico y el proceso vuelve a empezar.

En una charla de la División de Química Medioambiental, Taeyoung Kim, investigador postdoctoral del grupo de Gorski, anunció que el dispositivo produce unos 0.4W de potencia por cada metro cuadrado de membrana que separa ambos canales del dispositivo. El mejor método anterior generaba aproximadamente la mitad de potencia. Aun así, la potencia generada por este nuevo dispositivo está bastante por debajo de los otros dos métodos competidores, la ósmosis por presión retardada y la electrodiálisis inversa, que generan unos 10W y 1W por metro cuadrado respectivamente..

Brogioli opina que la mejora que supone este nuevo sistema podría indicar que dicho método puede alcanzar niveles de potencia similares a los de la electrodiálisis inversa. Y añadió que este sistema lo haría a un menor coste, puesto que los electrodos de hexacianoferrato de cobre son mucho más baratos que las membranas necesarias para la electrodiálisis inversa.

Traducción al español producida por Juan José Sáenz de la Torre de Divulgame.org para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.