Studiato il trasporto di ioni nei canali dei semiconduttori nanofluidici
(Rinnovabili.it) – Produrre elettricità dall’acqua salata è uno dei grandi obiettivi della ricerca sulle green energy. Obiettivi che nella pratica hanno portato a partire dagli anni ’90 alla sperimentazione di sistemi per la produzione di energia a gradiente salino. Impianti dotati di membrane semipermeabili che sfruttano la pressione osmotica e in grado di raggiungere anche potenze elevate. Nuovi progressi arrivano in questi giorni da un gruppo di scienziati dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign, negli Stati Uniti.
Il team ha progettato un nuovo dispositivo capace di usare la differenza di salinità tra l’acqua di mare e quella fluviale per generare elettricità. “Tutto è iniziato con una domanda accademica”, spiega Jean-Pierre Leburton, professore di ingegneria elettrica e informatica all’Università e responsabile del progetto. “Può un dispositivo a stato solido su scala nanometrica estrarre energia dal flusso ionico?, ma il nostro progetto ha superato le nostre aspettative e ci ha sorpreso in molti modi”. Ma per comprendere meglio il progetto dell’Università dell’Illinois è necessario fare qualche passo indietro.
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Produrre elettricità dall’acqua salata
Quando due corpi d’acqua con una diversa concentrazione salina – come ad esempio mare e fiumi – si incontrano, le molecole di sale fluiscono naturalmente dalla concentrazione più alta a quella più bassa. L’energia di questi flussi può essere raccolta dal momento che sono costituiti dagli ioni formatasi dal sale disciolto. Per utilizzare i flussi di ioni il gruppo di Leburton ha progettato un dispositivo semiconduttore su scala nanometrica che sfrutta la “resistenza di Coulomb”. Di cosa si tratta? Di un fenomeno che fa sì che quando gli ioni fluiscono attraverso gli stretti canali del dispositivo, le cariche si spostino da un lato all’altro creando tensione e corrente elettrica .
I ricercatori hanno scoperto due comportamenti sorprendenti durante la simulazione del loro dispositivo. In primo luogo, si aspettavano che la resistenza di Coulomb si verificasse principalmente attraverso la forza di attrazione tra cariche elettriche opposte ma le simulazioni hanno dimostrato che il dispositivo funzionerebbe altrettanto con forze elettriche repulsive.
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“Altrettanto degno di nota, il nostro lavoro indica che esiste un effetto di amplificazione”, ha affermato Mingye Xiong, ricercatrice e autrice principale dello studio. “Dal momento che gli ioni in movimento sono così massicci rispetto alle cariche del dispositivo, i primi impartiscono grandi quantità di slancio alle cariche, amplificando la corrente sottostante“. “Sebbene il nostro progetto sia ancora solo un concept in questa fase, è abbastanza versatile e mostra già un forte potenziale per applicazioni energetiche”, ha aggiunto Leburton. Il gruppo è in procinto di brevettare la propria scoperta e sta studiando come moduli di questi dispositivi possano adattarsi alla produzione di elettricità dall’acqua salata