I ricercatori del Rensselaer Polytechnic Institute hanno sviluppato un nuovo metodo per raccogliere energia dall'acqua che scorre. Guidati dal professor Rensselaer Nikhil Koratkar, lo studio ha cercato di spiegare come il flusso dell'acqua sulle superfici rivestite con il nanomateriale di grafene potesse generare piccole quantità di elettricità. Usando un piccolo foglio del rivestimento in grafene, visto sopra come una toppa blu scuro collegata a contatti dorati, il team di ricerca ha dimostrato la creazione di 85 nanowatt di potenza.
(PhysOrg.com) -- I ricercatori del Rensselaer Polytechnic Institute hanno sviluppato un nuovo metodo per raccogliere energia dall'acqua che scorre. Questa scoperta mira ad accelerare la creazione di microsensori autoalimentati per un'esplorazione petrolifera più accurata ed efficiente in termini di costi.
Guidato dal professor Rensselaer Nikhil Koratkar, i ricercatori hanno studiato come il flusso dell'acqua sulle superfici rivestite con il nanomateriale grafene potrebbe generare piccole quantità di elettricità. Il team di ricerca ha dimostrato la creazione di 85 nanowatt di potenza da un foglio di grafene che misura 0,03 millimetri per 0,015 millimetri.
Questa quantità di energia dovrebbe essere sufficiente per alimentare minuscoli sensori che vengono introdotti nell'acqua o in altri fluidi e pompati in un potenziale pozzo petrolifero, disse Koratkar. Mentre l'acqua iniettata si muove attraverso fessure e fessure naturali nel profondo della terra, i dispositivi rilevano la presenza di idrocarburi e possono aiutare a scoprire sacche nascoste di petrolio e gas naturale. Finché l'acqua scorre sui dispositivi rivestiti di grafene, dovrebbero essere in grado di fornire una fonte affidabile di energia. Questa potenza è necessaria affinché i sensori ritrasmettano i dati e le informazioni raccolti alla superficie.
“È impossibile alimentare questi microsensori con batterie convenzionali, perché i sensori sono troppo piccoli. Così abbiamo creato un rivestimento in grafene che ci permette di catturare energia dal movimento dell'acqua sui sensori, disse Koratkar, professore presso il Dipartimento di Meccanica, Aerospaziale, e Ingegneria Nucleare e il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali della Rensselaer School of Engineering. “Mentre un effetto simile è stato osservato per i nanotubi di carbonio, questo è il primo tale studio con il grafene. La capacità di raccolta di energia del grafene era almeno di un ordine di grandezza superiore ai nanotubi. Inoltre, il vantaggio dei fogli flessibili di grafene è che possono essere avvolti attorno a quasi qualsiasi geometria o forma”.
Dettagli dello studio, intitolato "Raccolta energia dal flusso d'acqua sul grafene, ” sono stati pubblicati oggi online dalla rivista Nano lettere . Lo studio apparirà anche in una futura edizione cartacea della rivista.
L'esplorazione di idrocarburi è un processo costoso che prevede la perforazione in profondità della terra per rilevare la presenza di petrolio o gas naturale. Koratkar ha affermato che le compagnie petrolifere e del gas vorrebbero aumentare questo processo inviando un gran numero di sensori su microscala o nanoscala nei pozzi di perforazione nuovi ed esistenti. Questi sensori viaggeranno lateralmente attraverso la terra, trasportato da acqua pressurizzata pompata in questi pozzi, e nella rete di crepe che esistono sotto la superficie terrestre. Le compagnie petrolifere non sarebbero più limitate all'esplorazione verticale, e i dati raccolti dai sensori fornirebbero a queste aziende maggiori informazioni per decidere le posizioni migliori in cui perforare.
La scoperta del team è una potenziale soluzione per una sfida chiave nella realizzazione di questi microsensori autonomi, che dovrà essere autoalimentato. Coprendo i microsensori con un rivestimento in grafene, i sensori possono raccogliere energia mentre l'acqua scorre sul rivestimento.
“Avvolgeremo il rivestimento di grafene attorno al sensore, e agirà come una "pelle intelligente" che funge da generatore di energia nanofluidica, disse Koratkar.
Il grafene è un foglio di atomi di carbonio dello spessore di un solo atomo, che sono disposti come una recinzione a catena. Per questo studio, Il team di Koratkar ha utilizzato il grafene che è stato coltivato mediante deposizione chimica da vapore su un substrato di rame e trasferito su biossido di silicio. I ricercatori hanno creato un apparato sperimentale di tunnel d'acqua per testare la generazione di energia quando l'acqua scorre sul grafene a diverse velocità.
Oltre a dimostrare fisicamente la capacità di generare 85 nanowatt di potenza da un piccolo frammento di grafene, i ricercatori hanno utilizzato simulazioni di dinamica molecolare per comprendere meglio la fisica di questo fenomeno. Hanno scoperto che gli ioni cloruro presenti nell'acqua si attaccano alla superficie del grafene. Quando l'acqua scorre sul grafene, la forza di attrito tra il flusso d'acqua e lo strato di ioni cloruro adsorbiti fa sì che gli ioni vadano alla deriva lungo la direzione del flusso. Il movimento di questi ioni trascina le cariche libere presenti nel grafene lungo la direzione del flusso, creando una corrente interna.
Ciò significa che il rivestimento in grafene richiede la presenza di ioni nell'acqua per funzionare correttamente. Perciò, le compagnie di esplorazione petrolifera dovrebbero aggiungere sostanze chimiche all'acqua che viene iniettata nel pozzo. Koratkar ha detto che questo è facile, soluzione economica.
Per lo studio, Il team di Koratkar ha anche testato l'energia raccolta dall'acqua che scorre su un film di nanotubi di carbonio. Però, la generazione di energia e le prestazioni erano di gran lunga inferiori a quelle ottenute utilizzando il grafene, Egli ha detto.
Guardando alle potenziali applicazioni future di questa nuova tecnologia, Koratkar ha affermato di poter immaginare microrobot o microsottomarini autoalimentati. Un'altra possibilità è raccogliere energia da un rivestimento in grafene sul lato inferiore di una barca.
