Historias del cambio

Una alternativa de energía limpia que nace del agua

Nuestro planeta avanza, cada vez más rápido, hacia un modelo energético más sostenible y responsable con la naturaleza. Una de estas opciones es la energía azul, un tipo de energía limpia que se vale de la osmosis para generar electricidad de forma eficiente. Sin duda, el desarrollo de este tipo de innovadores sistemas contribuyen a garantizar el acceso a una energía asequible, segura y más verde.

Con la vista puesta en la agenda 2030, los Estados Miembros de Naciones Unidas aprobaron una serie de objetivos sostenibles. El ODS 7 dice: “Garantizar el acceso a una energía limpia, asequible, segura, sostenible y moderna para todos”.

Para conseguir que la energía alcance a todo el planeta, pero que no se vea afectado el clima por la emisión de gases de efecto invernadero generados por la combustión de fósiles, debemos optar hacia una energía limpia, segura e infinita. Como son la energía eólica, la solar, la termal o la hidráulica.

Por ello, en 2015 la energía generada a través de fuentes renovables representaba ya más del 20% del total. De hecho, más de 10 millones de personas trabajaron en este sector en 2017.

El incremento de personas con acceso a energía eléctrica es progresivo, rozando el 90% de la población mundial, pero 1 de cada 7 personas que carece de ella habitan en áreas rurales del mundo en desarrollo.

La energía azul o potencia osmótica 

El sol, el viento o el agua pueden producir energía limpia de forma ilimitada. Pero, para que sea efectiva, también debe ser rentable.

Los sistemas de turbinas en ríos o corrientes de agua se han aprovechado desde la Antigüedad. Por ejemplo, las palas de molinos que, con el movimiento del agua, producían una energía limpia.

Una iniciativa que se vale de la osmosis para generar energía limpia

Actualmente, ese sistema de turbinas se presenta como una gestión inteligente del curso integral del agua: el movimiento activa un generador y el convertidor interno produce energía. Esta tecnología suministra energía en zonas rurales con el objetivo puesto en las ciudades. De estos sistemas se nutren las energías limpias como la hidráulica o la eólica.

En 1957, el profesor Pattle planteó la osmosis, técnica que desarrolló Norman y Loeb en la década de los 70. El agua y las sales son abundantes en el planeta. Y cómo se relacionan ambos elementos es el origen de la osmosis.

La osmosis o energía azul consiste en la permeación de agua de una disolución de baja salinidad a otra de gran salinidad presurizada, obteniéndose la energía al despresurizar el permeado en una turbina.

Es decir, que al separar ambos líquidos por una membrana semipermeable especial, el agua dulce fluye naturalmente hacia la cámara con agua salada para disminuir la concentración salina. Manteniendo el volumen de esta cámara fijo, la presión en este lado del agua salada aumenta y podría ser utilizada teóricamente para mover una turbina que, a su vez, generara electricidad en los estuarios y las desembocaduras de los ríos.

Y es que si esta variación de presión osmótica se aprovechara, se podría cubrir hasta el 80% de las necesidades energéticas del mundo. A pesar de tratarse de una energía renovable que no presenta los problemas de discontinuidad de la eólica o la solar, sus costes de producción son muy elevados.

La osmosis se plantea como una fuente de energía renovable con un gran potencial futuro

A mayor concentración de sal en una de las dos disoluciones, mayor será la presión que se pueda alcanzar. Y, naturalmente, cuanto mayor sea el caudal de agua, la energía que se producirá será mayor. Pero, actualmente, el consumo energético en la comprensión puede ser mayor que la producida, por lo que no es rentable. El problema reside en la membrana.

El concepto es relativamente sencillo: una membrana semipermeable separa dos líquidos con diferentes concentraciones de sal y los iones de sal atraviesan la membrana hasta que ambas concentraciones se equilibran. Como un ion es básicamente un átomo con carga eléctrica, el movimiento de los iones podría ser utilizado para generar electricidad.

Por ello, se trabaja en dos sistemas basados en esta fuente de energía renovable: la osmosis por presión retardada y la electrodiálisis inversa. Osmosis por presión retardada: se utiliza la presión osmótica del mar para salinizar el agua dulce e inducir energía por medio de la presión hidráulica. Osmosis inversa: la presión hidráulica se utiliza para vencer la presión osmótica del agua del mar (es decir, una disolución concentrada) para dar agua purificada.

La osmosis, una opción limpia y eficiente 

Investigadores del Laboratorio de Biología Nanométrica de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza (EPFL), han desarrollado un sistema de generación de energía osmótica de una eficiencia sin precedentes: según publicó la revista Nature en 2016, consiguieron crear una membrana ultradelgada (de apenas tres átomos de espesor) de disulfuro de molibdeno (MoS2) que separaba a los dos fluidos. Cuanto más delgada sea la membrana, más corriente puede producir. Además, las propiedades del MoS2 son ideales para permitir que los iones de carga positiva pasen mientras rechaza la mayoría de los de carga negativa.

Eso crea voltaje entre ambos líquidos, a medida que uno acumula carga positiva y el otro acumula carga negativa. Este voltaje es lo que causa el flujo de la corriente generada por el paso de los iones.

La membrana tiene un pequeñísimo agujero, o nanoporo, a través del cual los iones del agua de mar pasan al agua dulce, hasta que las concentraciones de sal en ambos líquidos se igualan. A medida que los iones atraviesan el nanoporo, sus electrones son transferidos a un electrodo que se usa para generar la corriente eléctrica.

Una membrana de un metro cuadrado podría generar 1 megavatio de electricidad, suficiente energía para iluminar 50.000 bombillas modernas

Jiandong Feng, principal autor de la investigación explicó que primero debieron fabricar la membrana y después investigar el tamaño óptimo del nanoporo. “Si era muy grande, dejaría pasar iones negativos, resultando en un voltaje muy bajo. Si era muy pequeño, no podrían pasar suficientes iones y la corriente sería muy débil”.

Una iniciativa que se vale de la osmosis para generar energía limpia

El disulfuro de molibdeno se encuentra fácilmente en la naturaleza o puede ser creado por la deposición de vapor químico, así que el sistema podría llevarse a la producción en gran escala.

El reto está en cómo hacer poros de tamaños uniformes. Hasta ahora, los investigadores han trabajado con membranas de un solo poro y han logrado encender un nanotransistor con la energía generada. “El experimento ha permitido el entendimiento del sistema y la información extraída de todo ello será muy útil en la futura comercialización del sistema”, aseguró Jiandong Feng.

Varios proyectos piloto se han llevado a cabo en Europa, Japón y Estados Unidos, aunque estos han involucrado membranas frágiles que generan corrientes muy bajas de electricidad. Estas iniciativas serían clave para contribuir al cumplimiento del ODS 7 marcado en la Agenda 2030.

El futuro de la energía azul está cada vez más cerca, aunque todavía hoy no es una realidad.