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Tecnologías dentro de nuestro alcance

TECNOLOGÍAS PARA EL APROVECHAMIENTO DEL GRADIENTE SALINO

Última actualización: Septiembre de 2020

Autores: Jesús N. Hernández – Pérez1, Mateo Roldan – Carvajal2, Eduardo Joel López – Torres3

Organizaciones: ESIQIE – Instituto Politécnico Nacional1, México; Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín2, Colombia; Centro Mexicano de Innovación en Energía del Océano3, México

La energía de gradiente salino (SGE) se encuentra disponible durante la mezcla de dos corrientes de agua con diferente salinidad [1,2,3,4]. En general, el gradiente de concentración es proporcional a la SGE [1,2,3]. Esta forma de energía se encuentra ampliamente distribuida a lo largo del planeta en sistemas naturales como deltas, estuarios y lagunas costeras [1,5]. La Figura 1 muestra la salinidad superficial de los océanos registrada por la NASA. En el continente americano, los mayores niveles de salinidad se encuentran en áreas tropicales; los mayores gradientes salinos se encuentran en la región del golfo de México y el mar Caribe, así como la costa occidental de Brasil.

Figura 1. Salinidad superficial de los océanos a lo largo del mundo al mes de abril de 2019. Los colores del océano representan la salinidad relativa (la barra indica el nivel de salinidad en UPS). Recuperada de https://salinity.oceansciences.org/data-maps.htm

Para aprovechar los gradientes salinos, se han estudiado diferentes formas de convertir parte de la energía liberada en una forma de energía práctica. Las más desarrolladas son las tecnologías basadas en membranas: Osmosis de Presión Retrasada (PRO) y Electrodiálisis Inversa (RED), las cuales son análogas a las ampliamente conocidas tecnologías de desalinización: Osmosis Reversa (RO) y Electrodiálisis (RED).

Para convertir parte de la energía libre de Gibbs de mezcla (∆𝐺𝑚𝑖𝑥) en electricidad, los componentes claves de la PRO son membranas osmóticas, un intercambiador de presión y una turbina (Figura 2).

Figura 2. Representación esquemática del proceso de osmosis de presión retrasada.

Por otra parte, la RED es una tecnología electroquímica compuesta por un arreglo de membranas de intercambio iónico, en donde el flux iónico generado es convertido en electricidad a través de reacciones redox en los electrodos [1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9]. La Figura 3 muestra un esquema del funcionamiento básico de una pila de electrodiálisis inversa.

Figura 3. Representación esquemática de la unidad de electrodiálisis inversa.

Las tecnologías de gradiente salino son procesos no emisores de gases de efecto invernadero, las cuales también siguen el ciclo del agua en los ecosistemas, nivelando naturalmente los niveles de salinidad.

Centros de investigación en Panamérica

  • Universidad Nacional de Colombia, Colombia
  • Universidad del Norte, Colombia
  • Universidad de Antioquia, Colombia
  • Universidad Nacional Autónoma de México, México
  • Instituto Politécnico Nacional, México
  • Centro Mexicano de Innovación en Energía del Océano (CEMIE-Oceáno), México

Nota: Si le gustaría ver su centro de investigación en esta lista, por favor escribirnos al correo electrónico tattiana@pamec.energy.


Referencias

[1]  Anderson, T. R., Hawkins, E., Jones, P. D. (2016). CO2, the greenhouse effect and global warming: from the pioneering work of Arrhenius and Callendar to today’s Earth System Models. Endeavour, 40 (3). http://dx.doi.org/10.1016/j.endeavour.2016.07.002

[2]  Reyes-Mendoza, O., Alvarez-Silva, O., Chiappa-Carrara, X., Enriquez, C., (2020).  Variability of the thermohaline structure of a coastal hypersaline lagoon and the implications for salinity gradient energy harvesting. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 38 (100645). https://doi.org/10.1016/j.seta.2020.100645

[3]  Post, J. W., Veerman, J., Hamelers, H. V. M., Euverink, G. J. W., Metz, S. J., Nijmeijer, K., Buisman, C. J. N., (2007). Salinity-gradient power: Evaluation of pressure-retarded osmosis and reverse electrodialysis. Journal of Membrane Science, 288, 218 – 230. 10.1016/j.memsci.2006.11.018

[4]  Pawlowski, S., Crespo, J., Velizarov, S., (2016).  Sustainable Power Generation from Salinity Gradient Energy by Reverse Electrodialysis. In: Ribeiro A., Mateus E., Couto N. (eds) Electrokinetics Across Disciplines and Continents. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-20179-5_4

[5]  Pattle, R. E., (1954). Production of Electric Power by Mixing Fresh and Salt Water in the Hydroelectric Pile. Nature, 174, 660.

[6]  Veerman, J., Saakes, M., Metz, S. J., (2010). Reverse electrodialysis: evaluation of suitable electrode systems. Journal of Applied Electrochemistry, 40, 1461 – 1474. 10.1007/s10800-010-0124-8

[7]  Tedesco, M., Brauns, E., Cipollina, A., Micale, G., Modica, P., Russo, G., Helsen, J., (2015).   Reverse Electrodialysis with saline waters and concentrated brines: a laboratory investigation towards technology scale-up. Journal of Membrane Science, 492, 09 – 20. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.05.020

[8]  Ortiz-Imedio, R., Gomez-Coma, L., Fallanza, M., Ortiz, A., Ibañez, R., Ortiz, I., (2019). Comparative performance of Salinity Gradient Power-Reverse Electrodialysis under different operating conditions. Desalination, 457, 8 – 21. https://doi.org/10.1016/j.desal.2019.01.005

[9]  Scialdone, O., Albanese, A., D’Angelo, A., Galia, A., Guarisco, C., (2013). Investigation of electrode material – redox couple systems for reverse electrodyalisis processes. Part II: experiments in a stack with 10-50 cell pairs. Journal of Electroanalytical Chemistry, 704, 1 – 9. http://dx.doi.org/10.1016/j.jelechem.2013.06.001

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