Los lugares en los que el agua salada del océano y el agua dulce se mezclan podrían proporcionar una fuente masiva de energía renovable. Investigadores de la Universidad estadounidense de Stanford desarrollan una tecnología asequible y duradera que podría aprovechar esta energía azul.
El estudio, publicado en ACS Omega -órgano de la American Chemical Society- describe la tecnología de su batería y sugiere su uso para hacer que las plantas de tratamiento de aguas residuales costeras sean independientes energeticamente.
«La energía azul es una fuente inmensa y sin explotar de energía renovable«, asegura Kristian Dubrawski, postdoctoral en Ingeniería Civil y Ambiental en Stanford. «Nuestra batería es un gran paso para capturar prácticamente esa energía sin membranas, partes móviles u otro tipo de energía», aclara.
Dubrawski trabaja en el laboratorio del coautor del estudio, Craig Criddle, profesor conocido por proyectos de tecnologías energéticamente eficientes y por su larga experiencia en el desarrollo de tecnologías para el tratamiento de aguas residuales.
Los investigadores probaron un prototipo de batería y monitorearon su producción de energía mientras la lavaban con intercambios alternos cada hora de efluentes de aguas residuales de la Planta de Control de Calidad del Agua Regional de Palo Alto y el agua de mar recogida cerca de Half Moon Bay. Durante 180 ciclos, los materiales de la batería mantuvieron un 97% de efectividad en la captura de la energía del gradiente de salinidad.
Plantas de tratamiento de residuos independientes
La tecnología podría funcionar en cualquier lugar donde se mezclen agua dulce y salada, pero las plantas de tratamiento de aguas residuales ofrecen un estudio de caso particularmente valioso. El tratamiento de aguas residuales consume mucha energía y representa aproximadamente el 3% de la carga eléctrica total de EE UU.
El proceso también es vulnerable a los apagones de la red eléctrica. Hacer que las plantas de tratamiento de aguas residuales sean independientes energeticamente no solo reduciría el uso de electricidad y las emisiones, sino que también las haría inmunes a los apagones. Una gran ventaja en lugares como California, donde los incendios forestales recientes provocaron cortes de energía a gran escala.
Cada metro cúbico de agua dulce que se mezcla con agua de mar produce aproximadamente 0,65 kilovatios-hora de energía, suficiente para alimentar una vivienda estadounidense promedio durante unos 30 minutos.
Ningún aporte de energía para el proceso
A nivel mundial, la energía teóricamente recuperable de las plantas de tratamiento de aguas residuales costeras es de aproximadamente 18 gigavatios, suficiente para alimentar más de 1.700 hogares durante un año.
La batería del grupo de Stanford no es la primera tecnología que logra capturar energía azul, pero es la primera en usar batería electroquímica en lugar de presión o membranas. Si funcionara a escala, la tecnología ofrecería una solución más simple, robusta y rentable.
En este proceso, primero se liberan iones de sodio y cloruro de los electrodos de la batería a la solución, haciendo que la corriente fluya de un electrodo a otro. Luego, un rápido intercambio de efluentes de aguas residuales con agua de mar hace que el electrodo reincorpore los iones de sodio y cloruro y revierta el flujo de corriente.
La energía se recupera durante las descargas de agua dulce y agua salada del mar, sin inversión inicial de energía y sin necesidad de cargar. Esto significa que la batería se descarga y recarga constantemente sin necesidad de ningún aporte de energía.
Agua dulce y salada: energía duradera y asequible
Si bien las pruebas de laboratorio mostraron que la potencia de salida sigue siendo baja por área de electrodo, el potencial de escala de la batería se considera más factible que las tecnologías anteriores debido a su pequeño tamaño, simplicidad, creación constante de energía y falta de membranas o instrumentos para controlar la carga y el voltaje.
Los electrodos están hechos de Prussian Blue, un material ampliamente utilizado como pigmento y medicina que cuesta menos de un dólar por kilogramo, y polipirrol, un material utilizado experimentalmente en baterías y otros dispositivos que se vende a granel por menos de tres dólares el kilo.
También hay poca necesidad de baterías de repuesto, ya que los materiales son relativamente robustos. Un recubrimiento de alcohol polivinílico y ácido sulfosuccínico protege los electrodos contra la corrosión y no hay partes móviles involucradas.
Si se amplía, la tecnología podría proporcionar voltaje y corriente adecuados para cualquier planta de tratamiento costera. La producción de energía excedente podría incluso desviarse a una operación industrial cercana, como una planta de desalinización.
«Es una solución científicamente elegante para un problema complejo», afirma Dubrawski. «Debe probarse a escala y no aborda el desafío de aprovechar la energía azul a escala global (ríos que desembocan en el océano), pero es un buen punto de partida que podría impulsar estos avances», concluye.
Para evaluar el potencial total de la batería en las plantas municipales de aguas residuales, los investigadores trabajan en una versión a escala para ver cómo funciona el sistema con múltiples baterías trabajando simultáneamente.
