Quando a água doce dos rios entra no mar a diferença na salinidade leva a uma mudança de entropia.
Essa diferença de entropia, calculada em 2,2 kJ por litro de água doce, é uma fonte gigantesca de energia renovável.
O grande desafio é extrair essa energia, convertendo-a para formas úteis, eletricidade, por exemplo.
A equipe do Dr. Yi Cui, da Universidade de Stanford, resolveu enfrentar o desafio e demonstrou que o conceito de extração dessa "energia entrópica" pode realmente funcionar na prática.
E funcionar bem: a sua "bateria de mistura entrópica", que gera energia a partir da diferença de entropia entre a água doce dos rios e a água salgada do mar operou com uma eficiência de 74%.
Funcionamento da bateria entrópica
Qualquer lugar onde a água doce encontra a água do mar seria um local em potencial para a instalação das usinas geradoras de energia a partir da entropia, cujo motor básico é a diferença de salinidade entre a água doce e a água do mar.
A bateria propriamente dita é simples, consistindo em dois eletrodos - um positivo e outro negativo - imersos em um líquido contendo partículas eletricamente carregadas, ou íons. Na água do mar, os íons são os elementos sódio e cloro, os componentes do sal de cozinha.
Inicialmente a bateria é cheia com água doce e abastecida com uma pequena corrente elétrica externa para carregá-la. Mesmo não sendo salgada, há uma baixa concentração de íons na água doce.
A água doce é então drenada e substituída com água do mar. Como a água do mar é salgada, contendo de 60 a 100 vezes mais íons do que a água doce, ela amplia o potencial elétrico entre os dois eletrodos. Isto torna possível recuperar muito mais energia do que foi gasto inicialmente para carregar a bateria.
Recuperada a energia, a água do mar é descartada, a bateria é novamente cheia com água doce e o processo pode continuar indefinidamente.
"A energia realmente depende da concentração de íons de sódio e cloro que você tem," explica Cui. "Se você carregar em baixa tensão na água doce, e depois descarregar em alta tensão na água salgada, isto significa que você ganhou energia. Você retira mais energia do que injetou."
Baterias químicas
O conceito de geração de energia da diferença de entropia já foi estudado e testado antes.
A abordagem mais promissora adotada até agora usa membranas superfinas, parecidas com as usadas em células a combustível a hidrogênio, para que os íons passem de um dos líquidos para o outro, gerando uma corrente.
O enfoque adotado pela equipe de Cui é diferente: a energia extraída da diferença de concentração entre duas soluções é armazenada em baterias químicas - a energia é armazenada como energia química no interior da estrutura química do material usado como eletrodo.
A bateria de mistura entrópica foi fabricada com nanofios de óxido de manganês e eletrodos de prata. O uso de estruturas com dimensões nanoscópicas é importante pela sua grande área superficial, algo essencial para capturar mais energia por área.
A energia é gerada pelo movimento dos íons de sódio e cloro - os dois elementos que compõem o sal da água do mar - através da rede cristalina dos eletrodos. Mas ela pode ser usada com outras soluções.
Eficiência da bateria de entropia
"A bateria foi demonstrada extraindo energia de água real do mar e de um rio, mas pode ser aplicada a uma grande variedade de soluções salinas e água doce," afirmam os pesquisadores.
O rendimento real observado foi de 74%, mas os pesquisadores afirmam que a mera mudança na distância entre os eletrodos pode elevar essa eficiência para algo em torno de 85%.
Uma usina de geração de energia entrópica capaz de "processar" 50 metros cúbicos de água doce por segundo poderia produzir até 100 MW de eletricidade, o suficiente para abastecer cerca de 100.000 casas.
"Considerando o fluxo de água dos rios para os oceanos como um fator limitador para esse tipo de energia, a produção de energia renovável pode potencialmente alcançar 2 TW, o equivalente a 13% de todo o consumo de energia do mundo," afirmam os pesquisadores.
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