Sviluppata in Cina una nuova membrana semipermeabile nanofuidica che raccoglie energia osmotica dai gradienti salini e la converte in elettricità. Il dispositivo ha raggiunto una densità di potenza in uscita di 11,7 W/m
La nuova batteria di sale ha funzionato ininterrottamente per 16 giorni
Arriva da uno studio dell’Anhui Agricultural University e della Guangxi University, in Cina, una nuova “batteria di sale” in grado di raccogliere l’energia degli estuari con un’efficienza più che doppia rispetto alle tecnologie di elettrodialisi inversa attualmente in commercio. Il segreto del successo? Una innovativa membrana strutturata a strati di cellulosa e plastica, che crea due percorsi ben definiti e distanziati per ioni ed elettroni.
Energia osmotica, cos’è e come funziona?
È chiamata energia osmotica, del gradiente salino o molto più semplicemente energia blu e rappresenta la nuova frontiera del mondo delle rinnovabili. Ottenibile dalla differenza di pressione osmotica tra acqua dolce e acqua di mare, può essere considerata una peculiarità di tutti gli estuari fluviali, ma riuscire a sfruttarla è un processo non facile. Il problema principale è che si tratta di un campo abbastanza nuovo. La teorizzazione dell’esistenza dell’energia osmotica risale a metà degli anni ’50 ma per ottenere dei primi dispositivi di sfruttamento si dovette attendere il 1973. Da allora ad oggi il mondo della ricerca ha compiuto diversi progressi, soprattutto lato costi – il più grande tallone d’Achille per il segmento – ma i meccanismi alla base di questa energia rimangono poco conosciuti.
Allo stato attuale esistono diversi metodi per sfruttare il potenziale degli estuari, ma due tecnologie in particolare risultano più avanti delle altre sul fronte della disponibilità commerciale: l’osmosi ritardata dalla pressione (Pressure Retarded Osmosis – PRO) e l’elettrodialisi inversa (Reverse ElectroDialysis – RED). Nel primo caso l’acqua di mare viene pompata in una camera che si trova a una pressione inferiore alla differenza tra la pressione dell’acqua salata e quella dell’acqua dolce; nel secondo l’acqua di mare e l’acqua dolce vengono fatte passare attraverso una pila di membrane a scambio cationico e anionico alternate, creando quella che nell’ambiente è stata ribattezzata con il nome di batteria di sale. Da non confondere con le batterie termiche a sali fusi, o quelle elettrochimiche a base di ioni di Sodio (Na+).
La nuova batteria di sale ad “alta” densità di potenza
Come spiegato precedentemente, questa tipologia di salt battery genera elettricità dalle differenze di pressione causate dal gradiente salino. Per uniformare tale gradiente, gli ioni caricati positivamente dell’acqua di mare, come il sodio, fluiscono attraverso il sistema verso l’acqua dolce, aumentando la pressione sulle membrane. Come raccogliere più energia osmotica possibile? Assicurando una bassa resistenza elettrica interna e consentendo agli elettroni di fluire facilmente nella direzione opposta degli ioni.
Il lavoro di Dongdong Ye, Xingzhen Qin e colleghi si inserisce esattamente a questo livello. Il team ha progettato una innovativa membrana semipermeabile per la RED contenente nanocanali separati per il trasporto di ioni e di elettroni. Il gruppo ha realizzato la membrana 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). Questo disaccoppiato dei percorsi ha mostrato di riuscir a determinare una maggiore conduttività ionica e una minore resistività rispetto alle membrane omogenee realizzate con gli stessi materiali.
I test effettuati in laboratorio, simulando un estuario naturale, hanno fatto registrare per la nuova batteria di sale una densità di potenza in uscita di 11,7 W/m. Ossia 2,34 volte superiore a quella di una membrana RED commerciale. Non solo. Il dispositivo ha mantenuto le sue prestazioni per 16 giorni di funzionamento continuo, dimostrando le sue prestazioni stabili e a lungo termine sott’acqua. La ricerca è stata pubblicata su ACS Energy Letters.
