Consiguen generar energía a partir del agua salada lejos de zonas costeras

Producir electricidad a partir de la diferencia de salinidad entre agua dulce y salada era una opción que hasta el momento estaba únicamente disponible en áreas cercanas a los océanos. Pero, ahora, un sistema desarrollado por especialistas de la Pennsylvania State University de Estados Unidos permitirá producir energía de esta forma en cualquier lugar.

La solución combina dos metodologías con limitaciones, que al integrarse logran superar sus aspectos negativos. El esquema incluye células de combustible microbianas, que utilizan las aguas residuales y bacterias naturales para producir energía, y el proceso de electrodiálisis inversa, que genera electricidad directamente del gradiente de salinidad entre agua dulce y salada.

Según Bruce E. Logan, profesor de Ingeniería Ambiental de Pennsylvania State University y director del proyecto de investigación, la combinación de ambas tecnologías permite superar las limitaciones que posee cada una de ellas por separado, en especial la necesidad de cercanía a las zonas costeras, en el caso de la electrodiálisis inversa.

El trabajo ha sido difundido en una nota de prensa de la Pennsylvania State University, y además se desarrolló en un artículo publicado este primero de marzo en la revista especializada Science Express. La nueva tecnología se ha denominado «microbial reverse-electrodialysis cell (MRC)», o célula microbiana de electrodiálisis inversa. La investigación ha recibido el apoyo de la King Abdullah University of Science and Technology.

El nuevo proceso

Las pilas que funcionan mediante electrodiálisis inversa extraen energía de la diferencia iónica entre el agua dulce y el agua salada. Desafortunadamente, la utilización exclusiva de pilas de este tipo para producir electricidad es compleja y poco eficiente, debido a que se requiere un gran número de unidades y se necesita contar con agua salada.

Pero utilizando bacterias que se encuentran en las aguas residuales, que consumen material orgánico y producen una corriente eléctrica, se reduce el número de pilas necesarias y aumenta la producción de electricidad a través de las bacterias. Anteriormente, ya se habían realizado experiencias con células microbianas de electrodiálisis inversa, pero empleando agua salada.

Sin embargo, este enfoque requiere complejos procesos de limpieza y el tratamiento del agua a utilizar, además de restringir la operación a las zonas costeras. Entretanto, los residuos de alimentos, desechos domésticos y de animales contienen en forma potencial alrededor de 17 gigavatios de energía solamente en Estados Unidos. Cabe recordar que un reactor nuclear produce normalmente un gigavatio.

Buscando eliminar la dependencia del agua de mar, los investigadores utilizaron bicarbonato de amonio, una solución salina poco común, que funciona de manera similar al agua de mar en el proceso de electrodiálisis inversa microbiana celular, pero que a la vez no requiere de los cuidados y la limpieza de ésta última.

Resultados concretos

El bicarbonato de amonio se extrae fácilmente del agua a una temperatura por encima de los 110 grados Fahrenheit. El amoníaco y el dióxido de carbono que componen esta solución son extraídos de la misma, para luego ser recapturados y recombinados para su reutilización.

Según los investigadores, en cualquier lugar donde exista una fuente de calor residual este proceso puede llevarse a cabo sin mayores inconvenientes. El calor residual representa entre el 7 y el 17% de la energía consumida en los procesos industriales, y habitualmente no se aprovecha.

Los ingenieros realizaron pruebas en torno al proceso de electrodiálisis inversa microbiana celular empleando bicarbonato de amonio, obtuvieron así importantes resultados. En principio, se comprobó que la producción inicial de electricidad fue mayor que la obtenida a través del mismo proceso, pero utilizando agua de mar.

Logan concluyó que este sistema puede ser configurado para producir electricidad o hidrógeno, generando energía limpia y aprovechando el calor residual, haciendo descender a su vez los niveles de gases de efecto invernadero que se liberan hacia la atmósfera, sobretodo dióxido de carbono.

Se ha comprobado la producción de 5,6 vatios por metro cuadrado a través de esta tecnología, que aún puede seguir optimizándose. Los especialistas también resaltaron que al no tener que procesar las aguas utilizadas se ahorrarían alrededor de 60 gigavatios de energía.