Esta membrana inspirada en hueso y cartílago obtiene energía a partir del agua del mar

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Esta membrana inspirada en hueso y cartílago obtiene energía a partir del agua del mar

La energía osmótica está considerada por algunas personas(individuos) como la energía del futuro, no obstante para ello se deben adquirir materiales más eficientes.

La energía osmótica se ha transformado en los últimos años en una forma muy prometedora de obtención de energía. Sin embargo, los materiales utilizados para conseguirlo, normalmente arcilla, óxido de grafeno, disulfuro de molibdeno y MXene, tienden a colapsarse en el procedimiento y desintegrarse en el agua.

Por eso, si bien el procedimiento reciente está bastante bien optimizado, la búsqueda de nuevos soportes continua siendo un reto de enorme importancia, que un equipo de científicos de la Universidad de Michigan puede solucionar, gracias a una membrana inspirada en tejidos humanos, que conserva las propiedades necesarias para que se puede efectuar una ósmosis eficaz, no obstante con una mayor potencia a la degradación. Sus resultados se han anunciado hoy en la revista Joule y, al menos de momento, parecen muy prometedores.

¿Qué es la energía osmótica?

También conocida como energía azul, la energía osmótica es aquella que se obtiene por la diferencia en la concentración de sal entre el agua de mar y la de río. ¿Pero en qué consiste esto exactamente?

Cuando dos disoluciones con distinto concentración de un soluto, en este caso la sal, se encuentran separadas por una membrana semipermeable, el disolvente, que en esta ocasión es el agua, pasa de la más diluida a la más concentrada. De este modo, se obtiene que finalmente la concentración a entrambos lados sea la misma. Este es el proceso conocido como ósmosis, que a su vez genera una diferencia de presión en entrambos lados, llamada presión osmótica.

Esto es algo que ocurre de forma natural en las células de los seres vivos. Por ejemplo, es la razón por la que se emplea sal para preservar los alimentos, ya que de haber en ellos alguna bacteria, tenderá a perder agua para compensar la alta concentración en el exterior y acabará muriendo desecada.

No obstante, es un proceso que a la vez se puede reproducir, por ejemplo con el objetivo(propósito) de adquirir energía. Para ello, se repleta una cámara con agua dulce y otra con agua salada y se colocan juntas, separadas solamente por una membrana semipermeable. Esta sera atravesada por el agua dulce; que, al estar menos concentrada, pasará al otro lado para igualar las concentraciones. Este trasvase genera una presión osmótica, que a su vez puede utilizarse para mover una turbina generadora de electricidad.

Las plantas dedicadas a este término pueden instalarse en cualquier lugar en el que haya una corriente de agua dulce fluyendo hacia el mar, generalmente en desembocaduras de ríos, y son bastante más estables que otras formas de obtención de energía, como la eólica o la solar, que sí que pueden variar mucho más de un día(24hrs) a otro. Por eso, hay quien aprecia que la azul es la energía del futuro. Por desgracia, hallar la membrana adecuada continua siendo un reto y es precisamente aquí donde entran en juego los autores del estudio que se acaba de publicar.

Una solución inspirada en hueso y cartílago

Estos investigadores sabían que un material óptimo para la producción de membranas semipermeables debía reunir principalmente dos factores: potencia y facilidad para el paso de iones. Esto último es algo que puede encontrarse habitualmente en la naturaleza, principalmente en algunas membranas presentes en seres vivos. Por ejemplo, las que recubren el riñón o el cartílago son muy buenas filtradoras. El problema que presentan es que son muy débiles y pueden degradarse con facilidad. Para eludir este handicap, sería indispensable más bien algo parecido al hueso, no obstante en ese caso se perdería la capacidad de transportar iones.

Era indispensable algo que reuniera las habilidades del hueso y del cartílago y, sin embargo pareciera imposible, lo encontraron en un material a base de nanofibras de aramida y nitruro de boro, que constituye fibras flexibles(flex) como el cartílago, no obstante con una potencia parecido a la de las placas óseas.

Llegaron hasta esta solución mediante el ensamblaje capa a capa de entrambos materiales, logrando un resultado robusto y fácil de replicar. Además, al meterlo a prueba en una solución de cloruro de sodio, observaron que sus poros atraían el catión sodio y repelían el anión cloruro de una forma mucho más eficiente que otros materiales usadas en la producción de membranas. Finalmente, probaron a enjuagarla muchas veces, comprobando que podía resistir sin deteriorarse hasta 200 ciclos.

Pero las ventajas(virtudes) no terminan aquí, ya que una de las más considerables que presenta este hallazgo es que las dos materias primas usadas son muy fáciles de conseguir. De hecho, las nanofibras de aramida pueden inclusive obtenerse a partir de restos desechados de telas de Kevlar, utilizadas normalmente en la producción de prendas impermeables, cuerdas, hilos para coser y guantes ignífugos, entre otros productos.

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