Membrana inspirada en hueso y cartílago obtiene energía a partir del agua del mar
La energía osmótica se ha convertido 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 actual está bastante bien optimizado, la búsqueda de nuevos soportes sigue siendo un reto de gran importancia, que un equipo de científicos de la Universidad de Michigan podría solucionar, gracias a una membrana basada en tejidos humanos, que mantiene las propiedades necesarias para que se puede realizar una ósmosis eficaz, pero con una mayor resistencia a la degradación. Sus resultados se han publicado 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 diferente 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 consigue que finalmente la concentración a ambos lados sea la misma. Este es el proceso conocido como ósmosis, que a su vez genera una diferencia de presión en ambos 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 utiliza sal para conservar 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 también se puede reproducir, por ejemplo con el objetivo de obtener energía. Para ello, se llena una cámara con agua dulce y otra con agua salada y se colocan juntas, separadas únicamente por una membrana semipermeable. Esta será 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 fin 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 a otro. Por eso, hay quien considera que la azul es la energía del futuro. Por desgracia, encontrar la membrana adecuada sigue siendo un reto y es precisamente aquí donde entran en juego los autores del estudio que se acaba de publicar.
Una solución basada en hueso y cartílago
Estos investigadores sabían que un material óptimo para la fabricación de membranas semipermeables debía reunir principalmente dos factores: resistencia y facilidad para el paso de iones. Esto último es algo que puede encontrarse habitualmente en la naturaleza, especialmente 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 evitar este handicap, sería necesario más bien algo parecido al hueso, pero en ese caso se perdería la capacidad de transportar iones.
Era necesario algo que reuniera las cualidades del hueso y del cartílago y, aunque pareciera imposible, lo encontraron en un material a base de nanofibras de aramida y nitruro de boro, que constituye fibras flexibles como el cartílago, pero con una resistencia similar a la de las placas óseas.
Llegaron hasta esta solución mediante el ensamblaje capa a capa de ambos materiales, obteniendo un resultado robusto y fácil de replicar. Además, al ponerlo 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 empleadas en la fabricación de membranas. Finalmente, probaron a enjuagarla varias veces, comprobando que podía resistir sin deteriorarse hasta 200 ciclos.
Pero las ventajas no terminan aquí, ya que una de las más importantes que presenta este hallazgo es que las dos materias primas empleadas son muy fáciles de conseguir. De hecho, las nanofibras de aramida pueden incluso obtenerse a partir de restos desechados de telas de Kevlar, utilizadas normalmente en la fabricación de prendas impermeables, cuerdas, hilos para coser y guantes ignífugos, entre otros productos.
Fuente: hipertextual.com
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