Esistono molti modi per generare elettricità:batterie, pannelli solari, turbine eoliche, e dighe idroelettriche, per citare alcuni esempi... e ora, c'è ruggine.

Una nuova ricerca condotta da scienziati del Caltech e della Northwestern University mostra che sottili film di ruggine, ossido di ferro, possono generare elettricità quando l'acqua salata scorre su di essi. Questi film rappresentano un modo completamente nuovo di generare elettricità e potrebbero essere utilizzati per sviluppare nuove forme di produzione di energia sostenibile.

Le interazioni tra i composti metallici e l'acqua salata spesso generano elettricità, ma questo è solitamente il risultato di una reazione chimica in cui uno o più composti vengono convertiti in nuovi composti. Reazioni come queste sono ciò che è all'opera all'interno delle batterie.

In contrasto, il fenomeno scoperto da Tom Miller, Caltech professore di chimica, e Franz Geiger, Dow Professor di Chimica alla Northwestern, non comporta reazioni chimiche, ma piuttosto converte l'energia cinetica dell'acqua salata che scorre in elettricità.

Il fenomeno, l'effetto elettrocinetico, è stato osservato in precedenza in film sottili di grafene, fogli di atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale, ed è notevolmente efficiente. L'effetto è di circa il 30% efficiente nel convertire l'energia cinetica in elettricità. Per riferimento, i migliori pannelli solari sono efficienti solo del 20% circa.

"Un effetto simile è stato visto in alcuni altri materiali. Puoi prendere una goccia di acqua salata e trascinarla sul grafene e vedere un po' di elettricità generata, "dice Miller.

Però, è difficile fabbricare film di grafene e ridimensionarli fino a dimensioni utilizzabili. I film di ossido di ferro scoperti da Miller e Geiger sono relativamente facili da produrre e scalabili a dimensioni maggiori, dice Miller.

"In pratica è solo ruggine sul ferro, quindi è abbastanza facile da realizzare in grandi aree, " Dice Miller. "Questa è un'implementazione più robusta della cosa vista nel grafene".

Anche se la ruggine si formerà da sola sulle leghe di ferro, il team aveva bisogno di assicurarsi che si formasse in uno strato costantemente sottile. Fare quello, hanno usato un processo chiamato deposizione fisica da vapore (PVD), che trasforma normalmente materiali solidi, in questo caso ossido di ferro, in un vapore che si condensa su una superficie desiderata. Il PVD ha permesso loro di creare uno strato di ossido di ferro spesso 10 nanometri, circa 10mila volte più sottile di un capello umano.

Quando presero quel ferro arrugginito e vi fecero scorrere sopra soluzioni di acqua salata di varie concentrazioni, hanno scoperto che generava diverse decine di millivolt e diversi microampere per cm-2.

"Per la prospettiva, piastre aventi un'area di 10 metri quadrati ciascuna genererebbero pochi chilowattora, sufficienti per una casa americana standard, " dice Miller. "Certo, applicazioni meno impegnative, compresi dispositivi a bassa potenza in località remote, sono più promettenti nel breve termine".

Il meccanismo alla base della generazione di energia elettrica è complesso, coinvolgendo adsorbimento e desorbimento ionico, ma essenzialmente funziona così:gli ioni presenti nell'acqua salata attirano gli elettroni nel ferro sotto lo strato di ruggine. Mentre l'acqua salata scorre, così fanno quegli ioni, e attraverso quella forza attrattiva, trascinano con sé gli elettroni nel ferro, generando una corrente elettrica.

Miller afferma che questo effetto potrebbe essere utile in scenari specifici in cui ci sono soluzioni saline in movimento, come nell'oceano o nel corpo umano.

"Per esempio, energia delle maree, o cose che sobbalzano nell'oceano, come boe, potrebbe essere utilizzato per la conversione passiva di energia elettrica, " dice. "Hai l'acqua salata che scorre nelle tue vene a impulsi periodici. Questo potrebbe essere usato per generare elettricità per alimentare gli impianti".

Il documento che descrive i loro risultati, intitolato "Conversione di energia tramite nanostrati metallici, " appare nel numero del 29 luglio del Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .