(a) Illustrazione schematica dei profili di concentrazione di ioni con differenze di temperatura transmembrana asimmetriche. (b) Energia elettrica sotto diverse differenze di temperatura. (c) A piccole intensità di concentrazione transmembrana, le differenze di temperatura sia positive che negative contribuiscono alla potenza elettrica. Ad alte intensità di concentrazione transmembrana, una differenza di temperatura negativa favorisce l'estrazione di energia e una differenza di temperatura positiva ostacola l'energia elettrica. Credito:©Science China Press
L'energia del gradiente di salinità è riconosciuta come un candidato promettente per la sostituzione dei combustibili fossili tradizionali. Recentemente la raccolta di energia del gradiente di salinità nanofluidica tramite canali ionici o membrane ha suscitato un crescente interesse a causa dei progressi nella scienza dei materiali e nella nanotecnologia, che potrebbe offrire una densità di potenza molto più elevata rispetto ai sistemi di elettrodialisi inversa macro, indicando il suo potenziale per raccogliere l'energia blu (circa 1,4-2,6 TW) rilasciata mescolando acqua di mare e acqua di fiume, oltre a migliorare la potenza estratta per motori termici osmotici a membrana.
Gli sforzi precedenti incentrati sul sistema di conversione dell'energia nanofluidica riguardano principalmente le condizioni isotermiche. Il punto di vista convenzionale suggerisce che il miglioramento del potenziale di membrana richiede una temperatura maggiore e una lunga lunghezza del canale per garantire una grande selettività e un'elevata differenza di concentrazione effettiva. Questo giudizio intuitivo tiene conto dell'aumento della temperatura per ottenere prestazioni migliori. Però, la differenza di temperatura transmembrana è molto importante, elemento ancora a lungo trascurato che influisce sulle prestazioni dei dispositivi nanofuidici.
In un nuovo articolo di ricerca pubblicato nella rivista con sede a Pechino Rassegna scientifica nazionale , scienziati della Huazhong University of Science and Technology, La Cina presenta un'anomala dipendenza dalla temperatura nella generazione di energia nanofluidica. Una differenza di temperatura negativa può migliorare significativamente il potenziale di membrana a causa dell'impatto della diffusione termica ionica che promuove la selettività e sopprime la polarizzazione della concentrazione di ioni, soprattutto dal lato a bassa concentrazione, che si traduce in una potenza elettrica notevolmente migliorata. Vengono inoltre proposti modi semplici ed efficienti per fabbricare sorgenti di tensione ionica sintonizzabili e migliorare la conversione dell'energia del gradiente di salinità sulla base di biocanali su piccola scala nanometrica e nanocanali mimetici.
"Scientificamente, riveliamo l'importanza di un elemento a lungo trascurato, differenza di temperatura transmembrana, nella raccolta di energia del gradiente di salinità nanofluidico, "Il prof. Wei Liu ha detto, "Per le applicazioni e la guida, possiamo fabbricare sorgenti di tensione ioniche sintonizzabili, dove la tensione è regolata dalla temperatura sul lato a bassa concentrazione e la resistenza interna regolata dalla temperatura sul lato ad alta concentrazione. E il calore di scarto può essere impiegato per migliorare la potenza e il flusso ionico stabilendo la differenza di temperatura transmembrana per abbinare l'intensità di concentrazione transmembrana ottimale sotto i biocanali su nanoscala e i nanocanali mimetici".
