Le sel, c'est le pouvoir. Cela peut ressembler à de l'alchimie, mais l'énergie dans les endroits où l'eau salée de l'océan et l'eau douce se mélangent pourrait fournir une source massive d'énergie renouvelable. Les chercheurs de Stanford ont développé un une technologie durable qui pourrait exploiter cette énergie dite bleue.

Le papier, récemment publié dans l'American Chemical Society ACS Oméga , décrit la batterie et suggère de l'utiliser pour rendre les stations d'épuration côtières autonomes en énergie.

"L'énergie bleue est une source d'énergie renouvelable immense et inexploitée, " a déclaré le co-auteur de l'étude Kristian Dubrawski, un chercheur postdoctoral en génie civil et environnemental à Stanford. "Notre batterie est une étape majeure vers la capture pratique de cette énergie sans membranes, pièces mobiles ou apport d'énergie."

Dubrawski travaille dans le laboratoire d'étude du co-auteur Craig Criddle, professeur de génie civil et environnemental connu pour ses projets interdisciplinaires sur le terrain de technologies écoénergétiques. L'idée de développer une batterie qui exploite les gradients salins est née des coauteurs de l'étude Yi Cui, professeur de science et génie des matériaux, et Mauro Pasta, un chercheur postdoctoral en science et ingénierie des matériaux au moment de la recherche. L'application de ce concept aux usines de traitement des eaux usées côtières était la tournure de Criddle, né de sa longue expérience dans le développement de technologies pour le traitement des eaux usées.

Les chercheurs ont testé un prototype de la batterie, surveiller sa production d'énergie tout en la rinçant avec des échanges horaires alternés d'effluents d'eaux usées de l'usine régionale de contrôle de la qualité de l'eau de Palo Alto et d'eau de mer collectée à proximité de Half Moon Bay. Plus de 180 cycles, les matériaux de la batterie ont maintenu une efficacité de 97 pour cent dans la capture de l'énergie du gradient de salinité.

La technologie pourrait fonctionner n'importe où où l'eau douce et l'eau salée se mélangent, mais les stations d'épuration offrent un cas d'étude particulièrement précieux. Le traitement des eaux usées est énergivore, représentant environ trois pour cent de la charge électrique totale des États-Unis. Le processus, essentiel à la santé de la communauté, est également vulnérable aux arrêts du réseau électrique. Rendre les usines de traitement des eaux usées indépendantes du point de vue énergétique réduirait non seulement la consommation d'électricité et les émissions, mais les immuniserait également contre les pannes d'électricité - un avantage majeur dans des endroits comme la Californie, où les récents incendies de forêt ont entraîné des pannes à grande échelle.

Le pouvoir de l'eau

Chaque mètre cube d'eau douce qui se mélange à l'eau de mer produit environ 0,65 kilowattheure d'énergie, assez pour alimenter une maison américaine moyenne pendant environ 30 minutes. Globalement, l'énergie théoriquement récupérable des usines de traitement des eaux usées côtières est d'environ 18 gigawatts, assez pour en alimenter plus de 1, 700 logements pendant un an.

La batterie du groupe Stanford n'est pas la première technologie à réussir à capter l'énergie bleue, mais c'est le premier à utiliser l'électrochimie des batteries au lieu de la pression ou des membranes. Si cela fonctionne à grande échelle, la technologie offrirait une solution plus simple, solution robuste et économique.

Le processus libère d'abord les ions sodium et chlorure des électrodes de la batterie dans la solution, faire passer le courant d'une électrode à l'autre. Puis, un échange rapide des effluents d'eaux usées avec l'eau de mer conduit l'électrode à réincorporer des ions sodium et chlorure et à inverser le flux de courant. L'énergie est récupérée lors des chasses d'eau douce et d'eau de mer, sans investissement énergétique initial et sans besoin de recharge. Cela signifie que la batterie se décharge et se recharge en permanence sans avoir besoin d'un apport d'énergie.

Une technologie durable et abordable

Alors que les tests en laboratoire ont montré que la puissance de sortie est encore faible par zone d'électrode, le potentiel de mise à l'échelle de la batterie est considéré comme plus réalisable que les technologies précédentes en raison de son faible encombrement, simplicité, création d'énergie constante et absence de membranes ou d'instruments pour contrôler la charge et la tension. Les électrodes sont en bleu de Prusse, un matériau largement utilisé comme pigment et médicament, qui coûte moins de 1 $ le kilo, et polypyrrole, un matériau utilisé expérimentalement dans les batteries et autres appareils, qui se vend moins de 3 $ le kilo en vrac.

Il y a aussi peu de besoin de piles de secours, comme les matériaux sont relativement robustes, un revêtement d'alcool polyvinylique et d'acide sulfosuccinique protège les électrodes de la corrosion et aucune pièce mobile n'est impliquée. S'il est agrandi, la technologie pourrait fournir une tension et un courant adéquats pour n'importe quelle station de traitement côtière. La production d'électricité excédentaire pourrait même être détournée vers une opération industrielle à proximité, comme une usine de dessalement.

"C'est une solution scientifiquement élégante à un problème complexe, " a déclaré Dubrawski. " Il doit être testé à grande échelle, et cela ne relève pas le défi d'exploiter l'énergie bleue à l'échelle mondiale - les rivières se jetant dans l'océan - mais c'est un bon point de départ qui pourrait stimuler ces avancées. »

Pour évaluer le plein potentiel de la batterie dans les stations d'épuration municipales, les chercheurs travaillent sur une version à l'échelle pour voir comment le système fonctionne avec plusieurs batteries fonctionnant simultanément.