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I ricercatori dell’EPFL Laboratory of Nanoscale Biology di Losanna hanno sviluppato un sistema di generazione di energia osmotica in grado di offrire rendimenti da record grazie all’impiego di una membrana spessa appena tre atomi utilizzata per separare i fluidi. I risultati della loro ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Nature.
Il funzionamento di questi sistemi è abbastanza semplice: una membrana semipermeabile separa due fluidi con diverse concentrazioni saline. Gli ioni di sale viaggiano attraverso la membrana fino a quando le concentrazioni saline nei due fluidi raggiungono l’equilibrio. Questo fenomeno è noto come osmosi.
Poiché uno ione è semplicemente un atomo con una carica elettrica, il movimento degli ioni di sale può essere sfruttato per generare elettricità. Se il sistema viene utilizzato con acqua di mare e acqua dolce, gli ioni di sale in acqua marina passano attraverso la membrana in acqua dolce fino a quando entrambi i fluidi presentano la stessa concentrazione di sale.
Il sistema EPFL consiste in due scomparti contenenti liquido, separati da una sottile membrana realizzata in bisolfuro di molibdeno. La membrana ha un piccolo foro, o nanoporo, attraverso il quale passano gli ioni di acqua di mare fino a quando la concentrazione di sale diventa uguale. Poiché gli ioni passano attraverso il nanoporo, i loro elettroni vengono trasferiti ad un elettrodo utilizzato per generare una corrente elettrica.
Grazie alle sue proprietà, la membrana consente quindi agli ioni caricati positivamente il passaggio, creando tensione tra i due liquidi che può essere sfruttata facilmente.
Ciò che distingue il sistema di EPFL è la sua membrana che ha uno spessore di pochi atomi e che è realizzata in bisolfuro di molibdeno, ideale per la generazione di una corrente osmotica.
Secondo i ricercatori dell’EPFL il potenziale del nuovo sistema è enorme: una membrana da 1 mq con il 30% della superficie coperta da nanopori dovrebbe essere in grado di produrre 1 MW di elettricità, abbastanza per alimentare 50.000 lampadine a risparmio energetico standard. La sfida principale di questo processo è trovare il modo di rendere i pori relativamente uniformi; fino ad ogi, infatti, i ricercatori hanno lavorato su una membrana con un unico nanoporo, al fine di capire esattamente cosa stava succedendo.
Sfruttare il potenziale degli estuari
La ricerca di EPFL è parte di una tendenza in crescita. Negli ultimi anni, gli scienziati di tutto il mondo hanno sviluppato sistemi che sfruttano il potere osmotico per creare energia elettrica. I progetti pilota sono nati in luoghi come la Norvegia, Paesi Bassi, Giappone e Stati Uniti per produrre energia in estuari, dove i fiumi sfociano nel mare. Per ora, le membrane utilizzate nella maggior parte dei sistemi sono biologiche e fragili, e fornire basse rese. Con sistemi più robusti e con rese più elevate, il potere osmotico potrebbe svolgere un ruolo importante nella produzione di energia rinnovabile. Al contrario dei pannelli fotovoltaici e delle pale eoliche, l’energia osmotica può essere prodotta a qualsiasi ora del giorno e della notte, a condizione che vi sia un estuario nelle vicinanze.
