Uma membrana melhorada (linha amarela) aumentou dramaticamente a quantidade de energia osmótica colhida a partir de gradientes de sal, como aqueles encontrados em estuários onde a água salgada (tanque esquerdo) encontra água doce (tanque direito). Crédito: Adaptado de ACS Energy Letters 2024, DOI: 10.1021/acsenergylett.4c00320
Uma nova membrana semipermeável duplica a produção de energia osmótica nos estuários, mostrando potencial para geração sustentável de energia.
Os estuários – onde os rios de água doce encontram o mar salgado – são excelentes locais para observação de aves e passeios de caiaque. Nessas áreas, águas contendo diferentes concentrações de sal se misturam e podem ser fontes de energia osmótica “azul” sustentável. No diário Cartas de Energia ACSos pesquisadores relatam a criação de uma membrana semipermeável que coleta energia osmótica de gradientes de sal e a converte em eletricidade.
O novo design tinha uma densidade de potência de saída mais de duas vezes maior que a das membranas comerciais em demonstrações de laboratório.
Avanços na tecnologia de energia osmótica
A energia osmótica pode ser gerada em qualquer lugar onde sejam encontrados gradientes de sal, mas as tecnologias disponíveis para capturar esta energia renovável podem ser melhoradas. Um método utiliza um conjunto de membranas de eletrodiálise reversa (RED) que atuam como uma espécie de “bateria de sal”, gerando eletricidade a partir de diferenças de pressão causadas pelo gradiente de sal.
Para equilibrar esse gradiente, íons carregados positivamente da água do mar, como o sódio, fluem através do sistema para a água doce, aumentando a pressão na membrana. Para aumentar ainda mais o seu poder de colheita, a membrana também precisa manter uma baixa resistência elétrica interna, permitindo que os elétrons fluam facilmente na direção oposta dos íons.
Pesquisas anteriores sugerem que melhorar tanto o fluxo de íons através da membrana RED quanto a eficiência do transporte de elétrons provavelmente aumentaria a quantidade de eletricidade capturada da energia osmótica. Assim, Dongdong Ye, Xingzhen Qin e colegas projetaram uma membrana semipermeável a partir de materiais ecológicos que teoricamente minimizariam a resistência interna e maximizariam a potência de saída.
Design inovador de membrana por pesquisadores
O protótipo da membrana RED dos pesquisadores continha canais separados (isto é, desacoplados) para transporte de íons e transporte de elétrons. Eles criaram isso imprensando um hidrogel de celulose com carga negativa (para transporte de íons) entre camadas de um polímero orgânico eletricamente condutor chamado polianilina (para transporte de elétrons).
Os testes iniciais confirmaram a teoria de que canais de transporte desacoplados resultaram em maior condutividade iônica e menor resistividade em comparação com membranas homogêneas feitas dos mesmos materiais. Em um tanque de água que simulava um ambiente de estuário, seu protótipo alcançou uma densidade de potência de saída 2,34 vezes maior do que uma membrana RED comercial e manteve o desempenho durante 16 dias de operação ininterrupta, demonstrando seu desempenho estável e de longo prazo debaixo d’água.
Em um teste final, a equipe criou um conjunto de baterias de sal a partir de 20 de suas membranas RED e gerou eletricidade suficiente para alimentar individualmente uma calculadora, uma luz LED e um cronômetro.
Aplicações Práticas e Perspectivas Futuras
Ye, Qin e os membros de sua equipe dizem que suas descobertas expandem a gama de materiais ecológicos que poderiam ser usados para fazer membranas RED e melhorar o desempenho de coleta de energia osmótica, tornando esses sistemas mais viáveis para uso no mundo real.
Referência: “Caminhos iônicos e eletrônicos desacoplados para coleta aprimorada de energia osmótica” 24 de abril de 2024, Cartas de Energia ACS.
DOI: 10.1021/acsenergylet.4c00320
Os autores reconhecem o financiamento da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China.
