La diferencia de salinidad entre el agua dulce y el agua salada promete ser una gran fuente de energía renovable. Se requiere energía para desalar agua, y ejecutar el proceso a la inversa puede generar energía. En la actualidad, un nuevo enfoque basado en un diseño de batería convencional que utiliza nanomateriales podría ser una vía para cosechar esa energía económicamente.

El nuevo dispositivo, desarrollado por investigadores de la Universidad de Stanford, consiste en un electrodo que atrae iones positivos de sodio y uno que atrae iones negativos de cloro. Cuando los electrodos se sumergen en agua salada, atraen iones de sodio y cloro del agua, y el movimiento de los iones crea una corriente eléctrica. Los electrodos se recargan mediante el drenaje del agua salada, reemplazándola con agua dulce, y aplicando una corriente eléctrica de voltaje relativamente bajo, que saca los iones de los electrodos. Cuando el agua dulce es drenada, los electrodos están listos para atraer más iones en el siguiente lote de agua salada.

"Es el proceso inverso de la desalación de agua, en el que se usa energía y se trata de generar agua dulce y agua salada más concentrada", señala Yi Cui, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de Stanford y autor principal del estudio. "Aquí se comienza con agua dulce y agua salada concentrada, y luego se genera energía".

El grupo de Cui convirtió en electricidad el 74 por ciento de la energía potencial que existe entre el agua salada y el agua dulce, sin disminución del rendimiento tras más de 100 ciclos. Colocar los electrodos más juntos, señala Cui, podría permitir a la batería alcanzar el 85 por ciento de eficiencia.

Una planta de energía con esta tecnología se basaría cerca de un delta de río, donde el agua dulce se encuentra con el mar. Al tomar 50 metros cúbicos de agua de río por segundo, explica Cui, una planta de energía podría producir hasta 100 megavatios de energía. Él calcula que si se aprovechase toda el agua dulce de todos los ríos costeros del mundo, su proceso de gradiente de salinidad podría generar dos teravatios, o aproximadamente el 13 por ciento de la energía que actualmente se utiliza en todo el mundo.

El uso a esta gran escala, sin embargo, alteraría seriamente los ambientes acuáticos sensibles. "Creo que sólo sería posible utilizar una pequeña fracción de este método, o de lo contrario sería un desastre ecológico", señala Menachem Elimelech, director del Programa de Ingeniería Ambiental de la Universidad de Yale. Elimelec asegura que sería necesario tratar previamente el agua para eliminar los materiales en suspensión, incluyendo a los organismos vivos. Este tratamiento requeriría energía, aumentaría los costes, y perturbaría gravemente el ecosistema si se hace a gran escala.

Los esfuerzos anteriores por captar energía de la diferencia de salinidad entre el agua salada y el agua dulce se han centrado principalmente en un proceso conocido como presión retardada por ósmosis. Con este enfoque, el agua dulce y la salada se encuentran en cámaras separadas, divididas por una membrana artificial. La mayor salinidad del agua salada atrae al agua dulce a través de la membrana, aumentando la presión en el lado del agua salada. El agua a presión se utiliza para accionar una turbina y generar electricidad.

La compañía eléctrica noruega Statkraft está probando actualmente la presión retardada por ósmosis en una planta piloto de las afueras de Oslo y también trabaja para desarrollar membranas más eficientes y duraderas. Los empleados de Statkraft señalan que su objetivo es convertir el 80 por ciento de la energía química disponible en electricidad. Cui señala que duda que el enfoque sea capaz de superar una eficiencia del 40 por ciento. "A nivel de eficiencia, ciertamente estamos mucho mejor", afirma.

Para lograr una alta eficiencia, el grupo de Cui utilizó nanotubos de dióxido de manganeso para el electrodo positivo de su batería. El material da a los iones de sodio aproximadamente 100 veces más superficie para interactuar que los materiales convencionales con los que se crean los electrodos. Además, la nanoestructura permite que los iones se conecten y desprendan de forma rápida del electrodo, por lo que toda la batería es más eficiente.

El equipo de Cui utilizó un electrodo de plata para vincularse con los iones de cloro con carga negativa. La plata, sin embargo, es prohibitivamente cara para usarla a gran escala, y también es tóxica, capaz de causar daños ambientales si se disuelve en el agua al pasar por los ciclos de la batería. Cui señala que su grupo está buscando un sustituto, aunque podría ser difícil encontrar una alternativa.