El grafeno puede aprovechar la energía azul presente en los océanos

Nueva tecnología de membranas de nanomateriales bidimensionales basados en grafeno puede mejorar los procesos de recolección de energía azul procedente de los océanos, revela un nuevo estudio.

La recolección de energía azul es una energía renovable que utiliza la diferencia de contenido de sal entre el agua dulce y el agua de mar para generar electricidad por ósmosis.

"La energía oceánica se compone de cinco formas: mareas, olas de agua, corrientes oceánicas, gradientes de temperatura y gradientes de salinidad, que ofrecen un recurso energético potencial alternativo e ilimitado", dice el profesor asociado Weiwei Lei, quien dirige el proyecto de generación de energía sostenible en IFM (Institute for Frontier Materials) de la Universidad de Deakin.

"Por lo tanto, la recolección de energía del océano a través de dispositivos artificiales ha atraído un gran interés. En particular, la energía de gradiente de salinidad, también llamada 'energía osmótica' o 'energía azul', ofrece una promesa significativa para el desarrollo de energía renovable. Tiene un potencial de energía de 1 TW (8500 TW h en un año), que supera la suma de energía hidráulica, nuclear, eólica y solar en 2015.

"Con el desarrollo de la nanotecnología y los nanomateriales 2D, se diseñaron nuevas membranas de nanomateriales 2D con nanoporos y nanocanales para la recolección de energía azul. Sin embargo, la eficiencia de recolección de energía de estas membranas aún es demasiado baja para satisfacer las demandas de las aplicaciones prácticas debido a su alta resistencia interna y baja selectividad de iones.

"Las nuevas membranas de nanomateriales 2D avanzadas con propiedades novedosas y robustas resolverán este problema, que ahora tiene una gran demanda".

El profesor Lei y los miembros de su equipo introdujeron una estrategia para optimizar los nanocanales dentro de las membranas de nanomateriales 2D para recolectar más energía a través de mayores volúmenes de agua.

Para ello, los investigadores construyeron nanocanales a partir de nanoláminas de óxido de grafeno. Las láminas se exfolian químicamente, sacudiendo fragmentos de nanoláminas reactivos sueltos llamados fragmentos oxidativos, que se cargan en condiciones alcalinas. Los canales cargados negativamente atraen iones positivos en el agua de mar. La presión osmótica puede entonces "empujar" los iones a través de los canales para crear una corriente neta que se puede recolectar.

Con este enfoque, la membrana puede superar el compromiso entre la permeabilidad (la facilidad con la que los iones pueden moverse a través de los canales) y la selectividad (fomentando que solo los iones positivos se muevan a través de los canales). Esto le da a la Asoc. La membrana del Prof. Lei es un impulso en la generación de energía en comparación con las membranas de óxido de grafeno que no han sido tratadas para incluir fragmentos de nanoláminas con carga negativa.

Esta estrategia, que ha sido publicado en Journal of the American Chemical Societym impulsó la generación de energía a niveles que podrían alimentar un pequeño dispositivo electrónico.

"Esto significa que podemos recolectar más energía a través de grandes volúmenes de agua. Esta generación de energía impulsada se debe a los nanocanales ampliados junto con la densidad de carga local mejorada de los fragmentos oxidativos separados".

La nueva estrategia de diseño de membranas que utiliza estos fragmentos oxidativos para decorar los nanocanales proporciona un enfoque alternativo y fácil para muchas aplicaciones que pueden explotar las cargas iónicas, como el intercambio iónico.

Lei dice que actualmente esta investigación todavía se limita a equipos de tamaño de laboratorio, sin embargo, están planeando comprar grandes instalaciones para fabricar membranas y dispositivos grandes para la aplicación a gran escala.

"En el mundo real, pensamos que las membranas podrían instalarse en las desembocaduras de los ríos o en los puntos de salida de las aguas residuales de la industria", declaró.

"Las aguas residuales de las fábricas o la industria tienen diferentes iones de carga superficial con una concentración más alta que el agua normal. Si podemos colocar nuestra membrana al final de sus procesos antes de que las aguas residuales lleguen a los cursos de agua naturales, podemos recolectar la energía y también tratar esa agua".