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Solution salée pour la production d'énergie
La différence de salinité entre l'eau douce et l'eau salée est prometteuse en tant que grande source d'énergie renouvelable. De l'énergie est nécessaire pour dessaler l'eau, et l'exécution du processus en sens inverse peut générer de l'énergie. Désormais, une nouvelle approche basée sur une conception de batterie conventionnelle qui utilise des nanomatériaux pourrait fournir un moyen de récolter cette énergie de manière économique.
Solution saline: Cet appareil génère de l'électricité en utilisant les différences de salinité entre l'eau douce et l'eau salée. Les deux structures en forme de feuille servent d'électrodes positives et négatives ; l'ampoule de verre est une électrode de référence.
Le nouveau dispositif, développé par des chercheurs de l'Université de Stanford, consiste en une électrode qui attire les ions sodium positifs et une autre qui attire les ions chlore négatifs. Lorsque les électrodes sont immergées dans l'eau salée, elles tirent des ions sodium et chlore de l'eau, et le mouvement des ions crée un courant électrique. Les électrodes sont rechargées en drainant l'eau salée, en la remplaçant par de l'eau douce et en appliquant un courant électrique de tension relativement faible, qui retire les ions des électrodes. Lorsque l'eau douce est drainée, les électrodes sont prêtes à attirer plus d'ions du prochain lot d'eau salée.
C'est le processus inverse du dessalement de l'eau, où vous mettez de l'énergie et essayez de générer de l'eau douce et de l'eau salée plus concentrée, dit Yi Cui , professeur de science des matériaux et d'ingénierie à l'Université de Stanford et auteur principal de l'étude. Ici, vous commencez avec de l'eau douce et de l'eau salée concentrée, puis vous générez de l'énergie.
Le groupe de Cui a converti en électricité 74% de l'énergie potentielle qui existe entre l'eau salée et l'eau douce, sans baisse de performance sur 100 cycles. Le rapprochement des électrodes, selon Cui, pourrait permettre à la batterie d'atteindre une efficacité de 85 %.
Une centrale électrique utilisant cette technologie serait basée près d'un delta de rivière où l'eau douce rencontre la mer. Puisant 50 mètres cubes d'eau de rivière par seconde, dit Cui, une centrale électrique pourrait produire jusqu'à 100 mégawatts d'électricité. Il calcule que si toute l'eau douce de tous les fleuves côtiers du monde était exploitée, son processus de gradient de salinité pourrait générer 2 térawatts, soit environ 13% de l'énergie actuellement utilisée dans le monde.
Cependant, une telle utilisation à grande échelle perturberait gravement les milieux aquatiques sensibles. Je pense que vous ne pourriez en utiliser qu'une très petite fraction, sinon ce serait une catastrophe écologique, dit Ménachem Élimélec , directeur du programme de génie environnemental à l'université de Yale. Elimelech dit qu'il serait nécessaire de prétraiter l'eau pour éliminer les matières en suspension, y compris les organismes vivants. Un tel traitement nécessiterait de l'énergie, augmenterait les coûts et perturberait lui-même gravement l'écosystème s'il était effectué à grande échelle.
Les efforts antérieurs pour récupérer l'énergie de la différence de salinité entre l'eau salée et l'eau douce se sont principalement concentrés sur un processus connu sous le nom d'osmose à pression retardée. Dans cette approche, l'eau douce et l'eau salée sont logées dans des chambres séparées, qui sont divisées par une membrane artificielle. La salinité plus élevée de l'eau salée attire l'eau douce à travers la membrane, augmentant la pression du côté de l'eau salée. L'eau sous pression est ensuite utilisée pour entraîner une turbine et produire de l'électricité.
La société d'électricité norvégienne Statkraft teste actuellement l'osmose à pression retardée dans une usine pilote à l'extérieur d'Oslo et travaille également au développement de membranes plus efficaces et plus durables. Les responsables de Statkraft affirment que leur objectif est de convertir 80 pour cent de l'énergie chimique disponible en électricité. Cui dit qu'il doute que l'approche puisse dépasser une efficacité de 40 pour cent. En termes d'efficacité, nous sommes certainement bien meilleurs, dit-il.
Pour atteindre un rendement élevé, le groupe de Cui a utilisé des nanotiges de dioxyde de manganèse pour l'électrode positive de sa batterie. Le matériau donne aux ions sodium environ 100 fois plus de surface avec laquelle interagir que les matériaux d'électrode conventionnels. Et la nanostructure permet aux ions de se fixer et de se détacher rapidement de l'électrode, ce qui rend l'ensemble de la batterie plus efficace.
L'équipe de Cui a utilisé une électrode en argent pour se lier aux ions chlore chargés négativement. L'argent, cependant, est d'un coût prohibitif pour les déploiements à grande échelle, et il est également toxique, capable de causer des dommages à l'environnement s'il se dissout dans l'eau en cours de cycle à travers la batterie. Cui dit que son groupe cherche un remplaçant, mais qu'une alternative peut être difficile à trouver.