Menghasilkan energi dari perbedaan konsentrasi garam antara air laut dan air sungai
Energy

Menghasilkan energi dari perbedaan konsentrasi garam antara air laut dan air sungai


Pabrik uji energi biru di Afsluitdijk. Kredit: Redstack

Membangkitkan energi dari perbedaan konsentrasi garam antara air laut dan air sungai terdengar seperti sihir, namun itu benar-benar bekerja! Energi biru, karena bentuk energi berkelanjutan yang agak tidak jelas ini umumnya dikenal, memiliki potensi yang sangat besar. Secara teori, rata-rata sungai dapat menghasilkan energi biru sebanyak pembangkit listrik tenaga air yang menghasilkan listrik menggunakan air terjun setinggi 142 meter! Ph.D. peneliti Diego Pintossi telah mengembangkan cara baru untuk memahami dan memecahkan masalah kotoran yang menyumbat membran yang digunakan untuk menghasilkan energi biru. Dia akan mempertahankan tesisnya pada hari Jumat 11 Juni di TU/e.

Energi biru menggunakan teknologi yang dikenal sebagai elektrodialisis terbalik (RED) di mana ion garam bermuatan positif dan negatif yang ada di sungai dan air laut bergerak melalui membran yang disebut membran pertukaran ion. Pergerakan muatan ini menghasilkan tenaga listrik.

Seluruh proses didasarkan pada gagasan bahwa air laut memiliki banyak garam dan air sungai sangat sedikit. Kita dapat menggunakan perbedaan konsentrasi garam antara cairan untuk menghasilkan listrik. Elektrodialisis terbalik, seperti namanya, menggunakan proses yang sama seperti elektrodialisis, teknologi yang biasa digunakan untuk membersihkan atau menghilangkan garam air, tetapi dalam urutan terbalik.

Menumpuk kekuatan

Pencampuran aliran air yang mengandung konsentrasi garam yang berbeda adalah proses spontan karena entropi. Anggap saja sebagai alam yang secara spontan berusaha menciptakan keadaan keseimbangan,” jelas peneliti Diego Pintossi, yang merupakan bagian dari kelompok Bahan dan Proses Membran profesor Kitty Nijmeijer dan melakukan penelitiannya di Wetsus, pusat penelitian Eropa untuk teknologi air berkelanjutan berbasis di Leeuwarden.

“Dengan menempatkan membran di antara dua aliran, Anda dapat memilih ion garam mana yang dipertukarkan di antara larutan. Dalam hal ini, kami menggunakan dua membran (lihat gambar): satu membran mengangkut anion klorin bermuatan negatif (Cl-) dan yang lainnya mengangkut positif -bermuatan kation natrium (Na+). Membran ditempatkan di tumpukan, seperti di sel bahan bakar, sehingga perbedaan tegangan individu dapat digabungkan untuk menghasilkan listrik yang cukup.”

Energi biru terbarukan dan kurang rentan terhadap fluktuasi harian seperti matahari dan angin, tetapi biaya membran sejauh ini menahan adopsi teknologi secara luas. Namun, dalam beberapa tahun terakhir, ada beberapa perkembangan menarik di lapangan. Pada tahun 2014, uji coba demo pertama di dunia (50 kW) diluncurkan di Afsluitdijk menggunakan air dari Waddenzee (asin) dan IJsselmeer (air tawar).

Menggagalkan masalah pengotoran

“Masalah signifikan saat menggunakan sungai dan air laut adalah kotoran,” kata Pintossi. “Komponen yang terlarut dalam air seperti bakteri, tanah liat, garam, atau bahan organik dapat terakumulasi pada dan di dalam membran, sehingga mengurangi keluaran daya listrik sel.”

“Dalam penelitian saya, saya mencoba mencari solusi untuk masalah ini, yang lebih dikenal sebagai ‘fouling’.” Pertama, saya mengembangkan teknik baru untuk memantau proses pengotoran. Saya menemukan bahwa dengan menggunakan spektroskopi impedansi elektrokimia saya dapat memprediksi pada tahap awal ketika pengotoran terjadi. Ini dapat membantu dalam memutuskan kapan Anda perlu membersihkan tumpukan, dan berapa banyak pembersihan yang diperlukan.”

Peneliti kemudian melihat pengaruh sulfat pada membran. “Kita tahu bahwa partikel besar bermuatan negatif, seperti sulfat, dapat sangat mengurangi keluaran daya sel karena mereka berinteraksi kuat dengan muatan membran. Ini menghalangi pengangkutan partikel garam dan mempengaruhi produksi listrik.”

Pintossi juga mengembangkan dua model untuk menggambarkan efek pengotoran pada pembangkit listrik: “Model ini sangat berguna untuk memprediksi pembangkit listrik dalam instalasi skala besar. Dan model ini dapat membantu mengurangi biaya instalasi ini.”

Menghasilkan energi dari perbedaan konsentrasi garam antara air laut dan air sungai

Ilustrasi skema elektrodialisis terbalik (RED). AEM (membran pertukaran anion) mengangkut anion klorin bermuatan negatif (Cl-), CEM (membran pertukaran kation) kation natrium bermuatan positif (Na+), menciptakan pergerakan muatan. Ketika sirkuit eksternal yang menghubungkan kedua elektroda ditutup, perbedaan tegangan menggerakkan arus elektronik melalui sirkuit eksternal, menyalakan bola lampu. Kredit: Universitas Teknologi Eindhoven

Lapisan zwitterions

Tentu saja, mengidentifikasi penyebab masalah pengotoran tidak akan menyelesaikannya. Oleh karena itu peneliti juga mengembangkan dua pendekatan kimia yang berhasil yang memodifikasi permukaan membran, agar lebih tahan terhadap pengotoran. Keduanya menggunakan lapisan khusus berdasarkan apa yang disebut zwitterions.

“Zwitterion, atau garam bagian dalam, adalah molekul yang mengandung partikel bermuatan positif dan negatif dalam jumlah yang sama. Karena itu, mereka cenderung membuat membran dalam sel MERAH lebih hidrofilik; dengan kata lain, mereka lebih tertarik pada air. . Ini tidak hanya menunda awal timbulnya fouling, tetapi juga menunda pertumbuhannya,” jelas Pintossi.

“Ringkasnya, penelitian saya merupakan langkah penting menuju implementasi skala besar energi biru sebagai sumber energi terbarukan yang berkelanjutan.”

Pembelajaran mesin

Untuk masa depan, peneliti muda dari Italia melihat banyak harapan dalam penggunaan pembelajaran mesin. “Hubungan antara membran, air dan pengotoran sangat kompleks, dan karena itu sangat sulit untuk dimodelkan secara mekanistik.”

“Namun, dengan menggunakan data dalam jumlah besar, misalnya dari instalasi percontohan di Afsluitdijk, kami akan dapat membangun model pembelajaran mesin yang menghubungkan tumpukan RED dan properti air dengan tingkat pengotoran tumpukan RED. Dengan cara ini, kami dapat memahami proses fouling dengan lebih baik.”


Energi nol karbon dari air laut sekarang selangkah lebih dekat


Informasi lebih lanjut:
Fouling dalam Elektrodialisis Terbalik: Pemantauan, Pemodelan, dan Kontrol. pure.tue.nl/ws/portalfiles/por … 0210611_Pintossi.pdf

Disediakan oleh Universitas Teknologi Eindhoven

Kutipan: Menghasilkan energi dari perbedaan konsentrasi garam antara air laut dan air sungai (2021, 10 Juni) diambil 10 Juni 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-06-energy-salt-differences-sea-river.html

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari transaksi wajar apa pun untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HK