Elettricità dall'acqua, una ricerca dell'Università dell'Illinois spiega come sfruttarne la salinità per produrre energia

La ricerca per una fonte di energia pulita, rinnovabile ed economica, è andata ad indagare anche le proprietà dell'acqua, o per essere precisi, se la diversa salinità fra l'acqua di mare e quella dolce potesse essere sufficiente a produrre elettricità.

Questa è la domanda che si è posto un team di accademici dell'Università dell'Illinois, che ha trovato una risposta affermativa grazie all'utilizzo di un dispositivo nanofluidico in grado di convertire il flusso ionico in energia elettrica utilizzabile.

I ricercatori ritengono che il loro dispositivo potrebbe essere utilizzato con successo per estrarre energia dai flussi ionici naturali ai confini tra acqua di mare e acqua dolce.

Lo studio "Nanofluidic device generates power with saltwater" è stato pubblicato sulla rivista Nano Energy.

"Sebbene, al momento, il nostro progetto sia ancora a livello embrionale, è abbastanza versatile e mostra già un forte potenziale per applicazioni energetiche", ha affermato Jean-Pierre Leburton, professore di ingegneria elettrica e informatica all'Università e responsabile della ricerca. "Tutto è iniziato con una domanda accademica: 'Può un dispositivo a stato solido su scala nanometrica estrarre energia dal flusso ionico?'. Bè, il nostro progetto ha superato le nostre aspettative e ci ha sorpreso in molti modi".

Leburton ha spiegato che quando due corpi d'acqua con diversa salinità si incontrano, come nel caso in cui un fiume sfocia nell'oceano, le molecole di sale fluiscono naturalmente da una concentrazione più alta a una concentrazione più bassa, andando a creare una situazione di equilibrio.

L'energia di questi flussi, costituiti da particelle elettricamente cariche chiamate ioni, può essere misurata e raccolta, a patto di avere gli strumenti adatti.

Il gruppo di ricerca ha quindi progettato un dispositivo semiconduttore su scala nanometrica che potesse sfruttare la "resistenza di Coulomb" tra gli ioni e le cariche elettriche nel dispositivo. Quando i primi fluiscono attraverso lo stretto canale dello strumento, le forze elettriche fanno sì che le cariche dello dispositivo si spostino da un lato all'altro, creando tensione e di conseguenza un flusso di corrente elettrica.

I ricercatori hanno inoltre scoperto due comportamenti sorprendenti durante la simulazione del loro dispositivo; il primo è che il dispositivo è in grado non solo di funzionare attraverso la forza di attrazione tra cariche elettriche opposte (come il team si aspettava facesse), ma anche nel caso di forze elettriche repulsive (negativo-negativo e positivo-positivo). 

"Altrettanto degno di nota, il nostro studio indica che esiste un effetto di amplificazione", ha affermato Mingye Xiong, uno ricercatore laureato del gruppo di Leburton e autore principale dello studio. "In altre parole, dal momento che gli ioni in movimento sono più massicci rispetto alle cariche del dispositivo, sono anche in grado di impartire grandi quantità di slancio alle cariche, amplificando la corrente sottostante".

Il secondo, che questi effetti sono indipendenti dalla configurazione specifica del canale e dalla scelta dei materiali, la sola "conditio sine qua non" è legata al diametro del condotto, che deve essere sufficientemente stretto da garantire la vicinanza tra gli ioni e le cariche.

Gli accademici, al momento, sono in procinto di brevettare le loro scoperte e stanno studiando come moduli di questi dispositivi potrebbero adattarsi alla produzione pratica di energia.

"Crediamo che la densità di potenza di un modulo scalbile di dispositivi potrebbe eguagliare o superare quella delle celle solari", ha affermato Leburton. "E questo per non parlare delle potenziali applicazioni in altri campi come il rilevamento biomedico e la nanofluidica".