Nuova energia da acque reflue e bicarbonato di ammonio

Pila ad elettrodialisi microbica inversa

La produzione di energia grazie al passaggio dall’acqua salata a quella dolce era stata finora conveniente solo nei pressi degli oceani e dei mari. Grazie ad una scoperta dei ricercatori dell Penn State University questo sarà possibile ovunque.
Il nuovo metodo si basa sull’utilizzo di un sale particolare.

“Abbiamo preso due tecnologie che avevano dei limiti e le abbiamo messe insieme”, ha affermato Bruce E. Logan,  professore di Ingegneria Ambientale. “Insieme, superano i limiti delle singole tecnologie.”

Le tecnologie a cui Logan si riferisce sono le celle a combustibile microbico (MFC) – che si avvalgono delle acque reflue e dei batteri naturali per produrre energia elettrica – e l’elettrodialisi inversa (RED) – che produce energia elettrica direttamente dal gradiente di salinità tra acqua salata e dolce. La tecnologia combinata crea delle celle a elettrodialisi inversa microbica (MRC). I ricercatori descrivono la MRC su Science Express.

La tecnologia RED estrae l’energia dalla differenza ionica tra acqua dolce e acqua salata. Una pila consiste nello scambio alternato di ioni nelle membrane e ogni paio di membrane contribuiscono all’output elettrico. Sfortunatamente, usare solo le pile RED per produrre elettricita è difficile perchè è richiesto un grande numero di membrane e di elettrodi.

L’utilizzo di batteri che si trovano nel materiale organico delle acque di scarico che produce corrente elettrica (MFC), riduce il numero di pile necessarie e e aumenta la produzione elettrica.

Logan, in collaborazione con Roland Cusick, ha messo una pila RED fra gli elettrodi di un MFC per formare un MRC.

Younggy Kim, Roland Cusick, e Bruce E. Logan, Penn State University

Mentre i ricercatori avevano già dimostrato che l’MRC può funzionare con acqua di mare naturale, la materia organica nell’acqua avrebbe sporcato le membrane senza un prelavaggio e un ampio trattamento delle acque. L’acqua di mare limita l’uso alle zone costiere, ma i rifiuti alimentari , i rifiuti domestici e i rifiuti di origine animale contengono circa 17 gigawatt di energia quando un reattore nucleare degli Stati Uniti tipicamente produce 1 Gigawatt.

Piuttosto che affidarsi all’acqua di mare, i ricercatori hanno usato bicarbonato di ammonio, un sale insolito. Una soluzione di bicarbonato di ammonio funziona in modo simile all’MRC in acqua di mare e non sporca le membrane. Il bicarbonato di ammonio viene anche facilmente rimosso dall’acqua portata sopra ai 43 gradi.

I ricercatori hanno testato l’MRC al bicarbonato di ammonio e hanno scoperto che la produzione iniziale di energia elettrica era più grande di quella prodotta con l’acqua di mare .

“I batteri nella cellula hanno rapidamente esaurito tutto il materiale organico dissolto”, ha detto Logan. “Questa è la porzione di acque reflue che è solitamente più difficile da rimuovere e richiede filtri percolatori: così la porzione di particolato che prende più tempo per il consumo dei batteri è più facilmente rimossa.”

Secondo Logan, la CRM può essere configurata per produrre elettricità o idrogeno, senza produrre i gas a effetto serra come l’anidride carbonica. La MRC testata produce 5,6 watt per metro quadrato.

Logan ha fatto anche notare che non dovendo processare le acque reflue si risparmierebbero 60 gigawatt