Batteria a differenza di salinità

acqua - Foto di Abdullah Al-TwaileeUna nuova tecnologia che sfrutta la differenza di salinità tra acqua dolce e acqua di mare promette di produrre energia elettrica in modo economico e con un basso impatto ambientale.

Un team di ricercatori della Stanford University è riuscito a sviluppare un nuovo metodo che impiega la differenza di salinità tra acqua dolce e acqua di mare per generare elettricità. Il metodo, se si rivelerà efficiente, potrà rappresentare una importante fonte di energia rinnovabile.

Si tratta di una batteria ricaricabile convenzionale, costituita da due elettrodi – uno positivo e uno negativo – immersi in un fluido contenete particelle cariche elettricamente. Se il fluido è l’acqua, gli ioni sono il sodio e il cloro.
Il processo inizia immergendo gli elettrodi in acqua dolce, quindi viene applicata corrente per ricaricare la batteria. A questo punto l’acqua dolce viene sostituita con acqua di mare che contiene fino a 100 volte più ioni ed è capace di far aumentare il potenziale elettrico – o voltaggio – tra i due elettrodi.

Questo consente di raccogliere molta più energia di quella usata inizialmente per ricaricare la batteria.

Quando la batteria è completamente scarica viene tolta l’acqua di mare e sostituita con acqua dolce, in questo modo il processo può ricominciare.

“Il voltaggio dipende dalla concentrazione degli ioni sodio e cloro presenti nell’acqua. Se si carica a basso voltaggio la batteria in acqua dolce e poi si scarica ad alto voltaggio in acqua di mare, è possibile ottenere un guadagno di energia: alla fine del processo si avrà più energia di quanta è stata immessa all’inizio” spiega Yi Cui, professore associato di scienze dei materiali presso la Stanford University e coordinatore dello studio.

I ricercatori sono riusciti ad ottenere un’efficienza del 74% nella conversione dell’energia potenziale in corrente elettrica e sperano di arrivare presto all’85% di efficienza avvicinando tra loro gli elettrodi.

Per migliorare l’efficienza, i ricercatori americani hanno realizzato l’elettrodo positivo con nano-bacchette di biossido di manganese così sono riusciti ad aumentare in modo consistente la superficie disponibile per le interazioni con gli ioni sodio.
Queste nano-bacchette permettono agli ioni di muoversi con facilità dentro e fuori dall’elettrodo tanto da migliorare la velocità del processo.
Durante gli esperimenti è stato usato l’argento per l’elettrodo negativo, ma si tratta di un materiale troppo costoso per un impiego su grande scala e bisogna considerare anche la tossicità a livello ambientale, pertanto i ricercatori dovranno individuare a breve un valido sostituto.

Il dispositivo messo a punto dagli scienziati della Stanford University differisce da quelli realizzati da altri team di ricerca poiché funziona senza l’uso di membrane (che hanno lo svantaggio di essere fragili) e sfrutta due ioni – sodio e cloro – al posto di uno solo.

La nuova tecnologia potrà forse in futuro consentire di realizzare impianti su grande scala posti idealmente nelle vicinanze delle foci dei fiumi che si immettono nel mare o nell’oceano.
Un impianto operante con 50 metri cubi di acqua dolce al secondo potrebbe produrre fino a 100 megawatts di energia per soddisfare i bisogni di circa 100.000 abitazioni. Sempre in base ai calcoli dei ricercatori della Stanford University, gli impianti, posti in ogni possibile luogo adatto e operanti a pieno regime, potrebbero soddisfare circa il 13% della richiesta globale annua di energia.

L’impatto ambientale di un impianto su grande scala è di particolare rilevanza per ogni tecnologia nel campo delle energie rinnovabili.
Da una parte c’è chi sostiene che l’impatto sull’ambiente sarebbe abbastanza contenuto poiché i materiali impiegati non sono inquinanti e la vicinanza alle foci dei fiumi – ambienti con caratteristiche ecologiche particolarmente delicate – è in funzione della possibilità di dirottare parte dell’acqua dolce prima che raggiunga il mare, usarla e re-immetterla alla stessa temperatura di quando è stata prelevata. Dall’altra c’è chi pensa che l’impiego esteso di impianti con questa tecnologia rappresenterebbe un disastro ecologico poiché sarebbe necessario pretrattate l’acqua per rimuovere il materiale in sospensione, organismi viventi compresi, alterando in modo drammatico l’ecosistema oltre che far lievitare i costi di produzione dell’elettricità.

Per superare questo problema ecologico ed economico i ricercatori pensano di sfruttare altre fonti di acqua dolce, infatti, il processo potrebbe funzionare con acqua piovana o con le acque grigie di risulta dagli scarichi di lavandini, lavabi e docce delle abitazioni.