La perforación local controlada por punta (TCLB, por sus siglas en inglés) es una técnica para "perforar" microscópicos orificios en membranas y mejorar la eficacia de la energía osmótica.
La energía osmótica, también conocida como energía azul, aprovecha la energía liberada cuando se mezclan soluciones de distinta salinidad.
Estas condiciones se dan en lugares de todo el mundo, y mejorar la eficacia de la técnica podría dar lugar a una fuente abundante de energía renovable.
Una nueva técnica podría permitir la producción de membranas robustas y de alto rendimiento para aprovechar el agua de mar como una fuente abundante de energía renovable, según informan los investigadores.
La energía azul, también conocida como energía osmótica, aprovecha la energía que se libera de forma natural cuando se mezclan dos soluciones de distinta salinidad, condiciones que se dan en innumerables lugares del mundo donde se encuentran el agua dulce y el agua salada.
La clave para captar la energía azul reside en las membranas selectivamente permeables, que solo permiten el paso de uno de los componentes de una solución de agua salada que deja pasar únicamente las moléculas de agua o los iones de sal disueltos, pero no el otro.
Hasta la fecha, los proyectos de energía azul a gran escala, como la central eléctrica de Statkraft en Noruega, se han visto obstaculizados por la escasa eficiencia de la tecnología de membranas existente. En el laboratorio, los investigadores han desarrollado membranas a partir de nanomateriales exóticos que han mostrado gran potencial en cuanto a la cantidad de energía que pueden generar en relación con su tamaño. Sin embargo, sigue siendo un reto convertir estos materiales, extremadamente finos, en componentes lo bastante grandes y resistentes como para satisfacer las exigencias de las aplicaciones del mundo real.
En los resultados publicados recientemente en Nano Letters, los investigadores han demostrado una técnica que podría abrir el camino para superar este reto.
“En nuestro proyecto, nos propusimos subsanar el problema inherente de fragilidad mecánica, aprovechando al mismo tiempo la excepcional selectividad de los nanomateriales 2D finos, mediante la fabricación de una membrana híbrida compuesta de nitruro de boro hexagonal (hBN) en monocapas, sostenidas por membranas de nitruro de silicio”, explica la autora principal, Khadija Yazda, investigadora posdoctoral del departamento de física de la Universidad McGill.
Para lograr la característica deseada de permeabilidad selectiva, Yazda y sus colegas utilizaron una técnica denominada perforación local controlada por punta (TCLB) para “perforar” múltiples orificios microscópicos, o nanoporos, en su membrana. En un avance sobre investigaciones anteriores centradas en prototipos experimentales con un solo nanoporo, el equipo logró aprovechar la velocidad y la precisión de la TCLB para preparar y estudiar membranas con múltiples nanoporos en diversas configuraciones de tamaño, número y separación de poros.
“Nuestros experimentos sobre la interacción entre poros en matrices de nanoporos muestran que la selectividad óptima de la membrana y la densidad de potencia global se obtienen con una separación entre poros que equilibra la necesidad de una alta densidad de poros con el mantenimiento de una gran extensión de superficie cargada (≥ 500nm) alrededor de cada poro”, afirma Yazda.
Tras haber producido con éxito una matriz de 20 por 20 poros en una superficie de membrana de 40µm² de tamaño, los investigadores afirman que la técnica TCLB podría utilizarse para producir matrices mucho más grandes.
“Un paso natural siguiente para esta investigación es intentar escalar este enfoque no solo para centrales eléctricas a gran escala, sino también para generadores de energía nano o microscópicos”, afirma Yazda.
La financiación de este estudio procede de la McGill Sustainability Systems Initiative (MSSI) Ideas Fund, el Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, el Programa de Subvenciones de Descubrimiento y el Fonds de recherche du Québec–Nature et technologies.
