Ciencia: Agua + Ácido + grafeno = Energía

ScienceDaily (20 de julio de 2011) - Los investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer han desarrollado un nuevo método para la obtención de energía a partir de corrientes de agua. Este descubrimiento tiene como objetivo acelerar la creación de auto-alimentado microsensores para la exploración petrolera más precisa y rentable.

(Foto: Rensselaer / Koratkar)

Dirigido por el Rensselaer Profesor Nikhil Koratkar, los investigadores estudiaron cómo el flujo de agua sobre las superficies cubiertas con el grafeno nanomateriales podrían generar pequeñas cantidades de electricidad. El equipo de investigación demostró la creación de 85 nanovatios de potencia a partir de una hoja de grafeno medición de 0,03 milímetros por 0.015 milímetros.

Esta cantidad de energía debería ser suficiente para sensores de potencia pequeños que se introducen en agua u otros líquidos y se bombea hacia abajo en un pozo de potencial de petróleo, dijo Koratkar. A medida que el agua inyectada a través de las grietas naturales y profundas grietas en la tierra, los dispositivos de detección de la presencia de hidrocarburos y puede ayudar a descubrir áreas ocultas de petróleo y gas natural. Siempre y cuando el agua fluye sobre los dispositivos de grafeno recubierto, deben ser capaces de proporcionar una fuente fiable de energía. Este poder es necesario para los sensores para transmitir datos e información recogidos a la superficie.

"Es imposible para el poder de estos microsensores con las baterías convencionales, como los sensores son demasiado pequeños. Por ello hemos creado una capa de grafeno que nos permite capturar la energía del movimiento del agua sobre los sensores", dijo Koratkar, profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica , Aeroespacial, e Ingeniería Nuclear y el Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería en la Escuela de Ingeniería de Rensselaer. "Si bien un efecto similar se ha observado para los nanotubos de carbono, este es el primer estudio con grafeno. La capacidad de recolección de energía del grafeno era por lo menos un orden de magnitud superior a los nanotubos. Por otra parte, la ventaja de las hojas de grafeno flexible es que que se puede envolver alrededor de casi cualquier geometría o forma ".

Los detalles del estudio fueron publicados la semana pasada en Internet por la revista Nano Letters. El estudio también aparecerá en una futura edición impresa de la revista

Es el primer documento de investigación como resultado de la donación de $ 1 millones otorgados al grupo Koratkar en marzo de 2010 por el Consorcio de Energía Avanzada.

Exploración de hidrocarburos es un proceso costoso que implica la perforación en el fondo de la tierra para detectar la presencia de petróleo o gas natural. Koratkar dijo que las compañías de petróleo y gas como para aumentar el proceso mediante el envío de un gran número de sensores micro o nanométrica en perforar pozos nuevos y existentes. Estos sensores viajaban lateralmente a través de la tierra, transportados por el agua a presión bombea en estos pozos, y en la red de grietas que existen por debajo de la superficie terrestre. Las empresas petroleras ya no se limita a la exploración vertical, y los datos recogidos por los sensores que el brazo a estas empresas con más información para decidir las mejores ubicaciones para perforar.

Los investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer han desarrollado un nuevo método para la obtención de energía a partir de corrientes de agua. El estudio trata de explicar cómo el flujo del agua sobre las superficies cubiertas con el grafeno nanomateriales podrían generar pequeñas cantidades de electricidad. Utilizando una pequeña hoja de la capa de grafeno, visto más arriba como una mancha de color azul oscuro conectado a los contactos de oro, el equipo de investigación demostró la creación de 85 nanovatios de poder.

El descubrimiento del equipo es una solución potencial para un desafío clave para la realización de estos microsensores autónoma, que tendrá que ser con alimentación propia. Al cubrir los microsensores con una capa de grafeno, los sensores pueden captar energía como el agua fluye sobre el revestimiento.

"Vamos a envolver la capa de grafeno alrededor del sensor, y actuará como una" piel inteligente "que funciona como un generador de energía nanofluídicos", dijo Koratkar.

El grafeno es una hoja de un solo átomo de espesor de átomos de carbono, que están organizados como una valla metálica. Para este estudio, el equipo de Koratkar utiliza grafeno que fue cultivada por deposición de vapor químico sobre un sustrato de cobre y se transfirió a dióxido de silicio.Los investigadores crearon un aparato de agua del túnel experimental para probar la generación de energía como el agua fluye sobre el grafeno a diferentes velocidades.

Junto con el físico que demuestran la capacidad para generar 85 nanovatios de poder de un pequeño fragmento de grafeno, los investigadores utilizaron simulaciones de dinámica molecular para entender mejor la física de este fenómeno.Descubrieron que los iones cloruro presentes en el palo de agua a la superficie de grafeno. Cuando el agua fluye sobre el grafeno, la fuerza de fricción entre el flujo de agua y la capa de iones de cloruro hace que los iones adsorbidos a la deriva a lo largo de la dirección del flujo. El movimiento de estos iones arrastra las cargas libres presentes en el grafeno a lo largo de la dirección del flujo - la creación de una corriente interna.

Esto significa que la capa de grafeno requiere iones de estar presente en el agua para funcionar correctamente. Por lo tanto, las empresas de exploración de petróleo habría que añadir productos químicos al agua que se inyecta en el pozo.Koratkar dijo que esta es una solución fácil y barata.

Para el estudio, el equipo de Koratkar también probó la energía obtenida de agua que fluye sobre una capa de nanotubos de carbono. Sin embargo, la generación de energía y el rendimiento era muy inferior a los alcanzados con el grafeno, dijo.

En cuanto a las posibles aplicaciones futuras de esta nueva tecnología, Koratkar dijo que podía imaginar autoalimentado microrobots o microsubmarines. Otra posibilidad es obtener energía a partir de una capa de grafeno en la parte inferior de un barco