O sal é poder. Pode soar como alquimia, mas a energia em lugares onde a água salgada do oceano e a água doce se misturam pode fornecer uma fonte massiva de energia renovável. Pesquisadores de Stanford desenvolveram um tecnologia durável que poderia aproveitar essa chamada energia azul.

O papel, publicado recentemente na American Chemical Society's ACS Omega , descreve a bateria e sugere seu uso para tornar as estações de tratamento de águas residuais costeiras independentes de energia.

"A energia azul é uma fonte imensa e inexplorada de energia renovável, "disse o co-autor do estudo Kristian Dubrawski, um pós-doutorado em engenharia civil e ambiental em Stanford. "Nossa bateria é um grande passo para a captura prática dessa energia sem membranas, peças móveis ou entrada de energia. "

Dubrawski trabalha no laboratório de estudo co-autor Craig Criddle, um professor de engenharia civil e ambiental conhecido por projetos de campo interdisciplinares de tecnologias de eficiência energética. A ideia de desenvolver uma bateria que explora gradientes de sal se originou com os co-autores do estudo Yi Cui, professor de ciência e engenharia de materiais, e Mauro Pasta, um pós-doutorado em ciência e engenharia de materiais no momento da pesquisa. Aplicar esse conceito a estações de tratamento de águas residuais costeiras foi a torção de Criddle, nascido de sua longa experiência no desenvolvimento de tecnologias para tratamento de águas residuais.

Os pesquisadores testaram um protótipo da bateria, monitorar sua produção de energia durante a descarga com trocas de hora em hora alternadas de efluentes de águas residuais da Estação Regional de Controle de Qualidade de Água de Palo Alto e água do mar coletada nas proximidades de Half Moon Bay. Mais de 180 ciclos, os materiais da bateria mantiveram 97 por cento de eficácia na captura da energia do gradiente de salinidade.

A tecnologia pode funcionar em qualquer lugar onde a água doce e a salgada se misturem, mas as estações de tratamento de águas residuais oferecem um estudo de caso particularmente valioso. O tratamento de águas residuais consome muita energia, representando cerca de três por cento da carga elétrica total dos EUA. O processo - essencial para a saúde da comunidade - também é vulnerável a desligamentos da rede elétrica. Tornar as usinas de tratamento de águas residuais independentes de energia não apenas reduziria o uso de eletricidade e as emissões, mas também as tornaria imunes a apagões - uma grande vantagem em lugares como a Califórnia, onde incêndios florestais recentes levaram a interrupções em grande escala.

Poder da água

Cada metro cúbico de água doce que se mistura com a água do mar produz cerca de 0,65 quilowatt-hora de energia - o suficiente para abastecer uma casa americana média por cerca de 30 minutos. Globalmente, a energia teoricamente recuperável de estações de tratamento de águas residuais costeiras é de cerca de 18 gigawatts - o suficiente para alimentar mais de 1, 700 casas por um ano.

A bateria do grupo Stanford não é a primeira tecnologia a conseguir capturar a energia azul, mas é o primeiro a usar a eletroquímica da bateria em vez de pressão ou membranas. Se funcionar em escala, a tecnologia ofereceria uma forma mais simples, solução robusta e econômica.

O processo primeiro libera íons de sódio e cloreto dos eletrodos da bateria para a solução, fazendo com que a corrente flua de um eletrodo para o outro. Então, uma rápida troca de efluente de água residual com água do mar leva o eletrodo a reincorporar os íons de sódio e cloreto e reverter o fluxo de corrente. A energia é recuperada durante as descargas de água doce e salgada, sem investimento inicial de energia e sem necessidade de carregamento. Isso significa que a bateria está constantemente descarregando e recarregando sem a necessidade de qualquer entrada de energia.

Tecnologia durável e acessível

Enquanto os testes de laboratório mostraram que a potência de saída ainda é baixa por área de eletrodo, o potencial de aumento de escala da bateria é considerado mais viável do que as tecnologias anteriores devido à sua pequena pegada, simplicidade, criação de energia constante e falta de membranas ou instrumentos para controlar a carga e a voltagem. Os eletrodos são feitos de Azul da Prússia, um material amplamente utilizado como pigmento e medicamento, que custa menos de US $ 1 o quilo, e polipirrol, um material usado experimentalmente em baterias e outros dispositivos, que é vendido por menos de US $ 3 o quilo a granel.

Também há pouca necessidade de baterias de reserva, como os materiais são relativamente robustos, um revestimento de álcool polivinílico e ácido sulfosuccínico protege os eletrodos da corrosão e não há partes móveis envolvidas. Se for ampliado, a tecnologia pode fornecer tensão e corrente adequadas para qualquer estação de tratamento costeira. A produção de energia excedente pode até ser desviada para uma operação industrial próxima, como uma usina de dessalinização.

"É uma solução cientificamente elegante para um problema complexo, "Dubrawski disse." Precisa ser testado em escala, e não aborda o desafio de explorar a energia azul em escala global - rios que desaguam no oceano - mas é um bom ponto de partida que pode estimular esses avanços. "

Para avaliar o potencial total da bateria em estações de tratamento de águas residuais municipais, os pesquisadores estão trabalhando em uma versão em escala para ver como o sistema funciona com várias baterias funcionando simultaneamente.