(PhysOrg.com) -- Des chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute ont développé une nouvelle méthode pour récupérer l'énergie de l'eau courante. Cette découverte vise à accélérer la création de microcapteurs auto-alimentés pour une exploration pétrolière plus précise et plus rentable.

Dirigé par le professeur Rensselaer Nikhil Koratkar, les chercheurs ont étudié comment l'écoulement de l'eau sur des surfaces recouvertes de graphène nanomatériau pouvait générer de petites quantités d'électricité. L'équipe de recherche a démontré la création de 85 nanowatts de puissance à partir d'une feuille de graphène mesurant 0,03 millimètre sur 0,015 millimètre.

Cette quantité d'énergie devrait être suffisante pour alimenter de minuscules capteurs qui sont introduits dans l'eau ou d'autres fluides et pompés dans un puits de pétrole potentiel, dit Koratkar. Au fur et à mesure que l'eau injectée se déplace à travers des fissures et des crevasses naturelles profondes dans la terre, les appareils détectent la présence d'hydrocarbures et peuvent aider à découvrir des poches cachées de pétrole et de gaz naturel. Tant que l'eau coule sur les appareils recouverts de graphène, ils devraient être en mesure de fournir une source d'énergie fiable. Cette puissance est nécessaire aux capteurs pour relayer les données et informations collectées vers la surface.

« Il est impossible d'alimenter ces microcapteurs avec des batteries classiques, car les capteurs sont tout simplement trop petits. Nous avons donc créé un revêtement de graphène qui nous permet de capter l'énergie du mouvement de l'eau sur les capteurs, " dit Koratkar, professeur au Département de mécanique, Aérospatial, et Génie nucléaire et le Département de science et génie des matériaux de la Rensselaer School of Engineering. « Alors qu'un effet similaire a été observé pour les nanotubes de carbone, c'est la première étude de ce type avec le graphène. La capacité de récupération d'énergie du graphène était au moins d'un ordre de grandeur supérieure à celle des nanotubes. De plus, l'avantage des feuilles de graphène flexibles est qu'elles peuvent être enroulées autour de presque n'importe quelle géométrie ou forme.

Détails de l'étude, intitulé « Récolter de l'énergie à partir du débit d'eau sur le graphène, » ont été publiés en ligne aujourd'hui par la revue Lettres nano . L'étude paraîtra également dans une future édition imprimée de la revue.

L'exploration des hydrocarbures est un processus coûteux qui consiste à forer profondément dans la terre pour détecter la présence de pétrole ou de gaz naturel. Koratkar a déclaré que les sociétés pétrolières et gazières souhaiteraient augmenter ce processus en envoyant un grand nombre de capteurs à l'échelle microscopique ou nanométrique dans les puits de forage nouveaux et existants. Ces capteurs voyageraient latéralement à travers la terre, véhiculée par de l'eau sous pression pompée dans ces puits, et dans le réseau de fissures qui existent sous la surface de la terre. Les compagnies pétrolières ne se limiteraient plus à l'exploration verticale, et les données collectées à partir des capteurs fourniraient à ces entreprises plus d'informations pour décider des meilleurs emplacements pour forer.

La découverte de l'équipe est une solution potentielle à un défi clé pour la réalisation de ces microcapteurs autonomes, qui devra être autoalimenté. En recouvrant les microcapteurs d'un revêtement de graphène, les capteurs peuvent récupérer de l'énergie lorsque l'eau s'écoule sur le revêtement.

« Nous allons envelopper le revêtement de graphène autour du capteur, et il agira comme une « peau intelligente » qui servira de générateur d'énergie nanofluidique, ", a déclaré Koratkar.

Le graphène est une feuille d'atomes de carbone d'une épaisseur d'un seul atome, qui sont disposés comme une clôture à mailles losangées. Pour cette étude, L'équipe de Koratkar a utilisé du graphène qui a été cultivé par dépôt chimique en phase vapeur sur un substrat de cuivre et transféré sur du dioxyde de silicium. Les chercheurs ont créé un appareil expérimental de tunnel d'eau pour tester la production d'électricité lorsque l'eau s'écoule sur le graphène à différentes vitesses.

En plus de démontrer physiquement la capacité de générer 85 nanowatts de puissance à partir d'un petit fragment de graphène, les chercheurs ont utilisé des simulations de dynamique moléculaire pour mieux comprendre la physique de ce phénomène. Ils ont découvert que les ions chlorure présents dans l'eau collent à la surface du graphène. Lorsque l'eau coule sur le graphène, la force de friction entre le flux d'eau et la couche d'ions chlorure adsorbés fait dériver les ions dans le sens de l'écoulement. Le mouvement de ces ions entraîne les charges libres présentes dans le graphène le long de la direction du flux, créant un courant interne.

Cela signifie que le revêtement de graphène nécessite la présence d'ions dans l'eau pour fonctionner correctement. Par conséquent, les sociétés d'exploration pétrolière devraient ajouter des produits chimiques à l'eau injectée dans le puits. Koratkar a dit que c'est facile, solution peu coûteuse.

Pour l'étude, L'équipe de Koratkar a également testé l'énergie récupérée de l'eau s'écoulant sur un film de nanotubes de carbone. Cependant, la production d'énergie et les performances étaient bien inférieures à celles obtenues avec le graphène, il a dit.

En examinant les futures applications potentielles de cette nouvelle technologie, Koratkar a déclaré qu'il pouvait imaginer des microrobots ou des microsous-marins autonomes. Une autre possibilité consiste à récupérer de l'énergie à partir d'un revêtement de graphène sur le dessous d'un bateau.