O gerador osmótico exige uma combinação precisa de diâmetro, quantidade e espaçamento dos nanoporos.
[Imagem: Makusu Tsutsui et al. - 10.1016/j.xcrp.2022.101065]
Energia entrópica
Cientistas japoneses acreditam ter encontrado a saída para explorar uma das maiores fontes de energia da Terra: A diferença de concentração de sal na água dos oceanos e na água dos rios que desembocam nesses oceanos.
Conhecida como "energia entrópica", esse potencial surge quando a água doce dos rios entra no mar, levando a uma mudança de entropia devido à diferença de salinidade.
Essa mudança, calculada em 2,2 kJ por litro de água doce, é uma potencial fonte gigantesca de energia renovável. O grande desafio é extrair essa energia, convertendo-a para formas úteis - eletricidade, por exemplo.
Por meio da osmose, o movimento espontâneo de íons ou moléculas dissolvidos entre dois meios com diferença de concentração - meios estes separados por uma membrana semipermeável - pode ser aproveitado para gerar eletricidade.
No entanto, para ser prática, essa membrana precisa ser muito fina e altamente seletiva, para permitir a passagem de íons, mas não de moléculas de água - e ninguém até hoje havia conseguido fazer isso de forma prática.
Um caminho promissor para isso acaba de ser apresentado por Makusu Tsutsui e colegas da Universidade de Osaka.
Diversas membranas construídas pela equipe, que foram comparadas com o padrão teórico de um único nanoporo ideal.
[Imagem: Makusu Tsutsui et al. - 10.1016/j.xcrp.2022.101065]
Gerador elétrico por osmose
A equipe usou a tecnologia convencional de fabricação da microeletrônica para controlar com precisão a estrutura e o arranjo dos nanoporos em uma membrana de silício ultrafina.
Dada a alta precisão dessas técnicas de fabricação de chips, foi possível controlar o tamanho e a localização dos poros, criando uma membrana que tem na prática o mesmo desenho usado nas simulações de computador.
E, como esses métodos de fabricação existem há décadas, os custos e as complexidades do projeto são bem menores do que alternativas propostas antes.
Usando um único nanoporo de 20 nanômetros (nm), o dispositivo atingiu uma eficiência de energia de pico de 400 kW/m2.
No entanto, quando partiram para projetos práticos, os pesquisadores descobriram que adicionar muitos nanoporos à membrana na verdade reduz a energia que pode ser gerada: A configuração ótima usa nanoporos de 100 nm, dispostos em uma grade com espaçamento de um micrômetro (1000 nm), produzindo uma densidade de potência osmótica de 100 W/m2.
"Muitos outros grupos de pesquisa estão prometendo energia 'verde' ecologicamente correta, mas fomos um passo além e propomos energia 'azul', baseada na água do oceano, que pode ser aplicada em escala industrial," disse o professor Tomoji Kawai, coordenador da equipe.
