A Energia Azul

Energia Azul

Analise e simulação de um ciclo de energia azul

Abstract

 O processo de mistura entre agua doce e agua salgada libera uma significante quantidade de energia e é uma potencial fonte de energia renovável. A chamada energia azul pode ser colhida por um dispositivo composto de eletrodos de carbono imersos em uma solução eletrolidica, baseado no principio da capacitive doule layer expansion(CDLE). Esse estudo nos investigaremos a viabilidade da energia produzida baseada no principio CDLE. A imagem do nêutron do ciclo de energia azul foi conduzida com eletrodos de cilindros mesoporosos e a solução eletrolítica foi o 0,5 Litio. Para os experimentos conduzidos a 0,6V e 0,9 V, a tensão aumentou de 0,061 V e 0,054 V,respectivamente. Pelas seguencias das imagens dos Neutrons, obteu-se em cada passo do ciclo de energia azul, informações da direção e magnitude do ion de lítio.Um código de computador foi desenvolvido para simular o procesoo. Dados experimentais e simulações foram usadas para predizer a produção de energia.

Introdução

A energia obtida através dos gradientes salinos (energia azul) é uma foten de energia renovável promissora para o futuro. Nas áreas delta, onde rios com baixa salinidade desaguam no oceano, o potencial de reaproveitamento de energia é significante. Misturar  uma solução com alta concetração salina com a agua doce produz uma solução salobre que dissipa mais de 22 MJ de energia livre por m³ de agua doce tratada. Esse valor equivale ao potencia de energia liberada pela queda do mesmo volume de agua há 220m de altura. Pode ser estimado que a combinação de poder de todos os grandes estatuários no mundo podem produzir 2TW, aproximadamente 20 por cento da demanda de energia mundial atualmente. Desde os pioneiros estudos de Pattle’s em 1954, varias tecnologias tem sido propostas, incluindo a pressure retarded osmosis, baseada  em membranas semipermeáveis e eletrodialise  reversa, baseada em membranas seletivas de ions, para transformar a energia livre em trabalho mecânico ou elétrico. Entretanto, as aplicações em larga escala são dificultadas pelo alto custo e pela baixa vida útil da membrana. Recentemente, um novo método usando high-capacitance activated-carbon electrodes baseada na contração e expansão de camadas duplas de carbono entre poros de macro/mesoporos foi proposto. Brogoli propôs o método e conduziu experimentos para demonstrar o método. O autor concluiu que o método pode produzir uma aceitável quantidade de energia. Seguindo nesse trabalho, os ciclos reversíveis foram desenvolvidos, alterando a carga e recarga de super-capacitores usando o fluxo de agua salgada e doce. Esses novos métodos podem recuperar com eficiência de até 74 por cento da mudança de energia livre.

O processo de carga e descarga dentro dos poros dos eletrodos sólidos é fortemente influenciado pelo tamanho da distribuição dos poros. Os matérias macroporosos comportam-se como capacitores de placa padrão enquando os matérias mesoporosos comportam-se como capacitores cilíndricos. No caso de matérias microporosos, o modelo ‘wire in a cylinder’ foi visto para descrever dados experimentais.

A presença de íons multivalentes complicou a imagem como iônica, competição se tornou importante. Neste caso efeitos de carga e tamanho do íon desempenham um papel importante. Recentemente, processos para separar íons baseados nessas tecnologias foram desenvolvidos. A segregação por carga foi desenvolvida com sucesso.

Com sucesso a segregação por carga foi alcançada. A imagem de nêutron é uma técnica útil que pode ser usada para visualizar a distribuição espacial de certos elementos nos materiais. Neutrons que passsam pelo material podem ser capturados por elementos, e o resultado pode ser instantaneamente visualizado resultando em uma distribuição espacial usando cintiladores sensíveis e dispositivos de imagens.

O ponto chave desse trabalho é estuda a eficiência da energigia utilizado uma técnica de imagem de nêutron e desenvolver um modelo teórico que simula o transporte de ions em um eletrodo de carbono mesoporoso.

2. Plano de fundo

Brogioli [12] propôs o novo método capacitivo baseado em

Teoria elétrica de capacitores de dupla camada. O experimental do autor

A instalação consistiu em uma célula eletroquímica feita de dois poros

eletrodos submersos em uma solução salina aquosa (Fig. 1 (a)). Dois

Soluções salinas foram alternativamente utilizadas, água do mar e água fresca

soluções. Uma fonte de energia externa permite a aplicação de um potencial

para o arranjo. O circuito externo é completado por um

resistência (carga) e um interruptor aberto / fechado. O autor realizou

o ciclo seguinte: os eletrodos porosos são carregados pela primeira vez em

potencial constante enquanto a célula de eletrodos porosos é preenchida com

água do mar. Então, o circuito está aberto para "congelar" a carga armazenada e

a água do mar é substituída por uma solução de água fresca. Um terceiro passo

envolve o fechamento do circuito e a descarga da carga armazenada.

Finalmente, o circuito está aberto novamente e a água fresca é substituída por

água do mar. O terceiro passo produzirá um aumento no potencial acima

o potencial de conjunto original; portanto, permitindo excedentes elétricos

trabalho a ser executado. O aumento no tamanho da camada dupla produziu

diminuindo a concentração da água do mar (cerca de 0,5 M)

para água fresca (cerca de 0,01 M) foi a causa da

aumento potencial.

Brogioli et al. [13] desenvolveram uma célula protótipo simples de muito

dimensões maiores para facilitar o teste e o aumento de escala

desta tecnologia. Os autores relataram que a quantidade de

A energia gerada por ciclo por unidade de massa de eletrodo foi 20 vezes

maior que o obtido anteriormente [12]. Brogioli et al. [13]

usou o modelo Gouy-Chapman-Stern para camada elétrica dupla

(EDL) para estimar a energia produzida. Os autores

Densidade de carga desenvolvida versus curvas de potencial para diferentes eletrólitos

concentrações. Então, essas curvas foram usadas para comparar

previsões teóricas com resultados experimentais.

Os modelos teóricos podem ser ferramentas úteis para otimizar o processo.

Biesheuvel e Bazant [32] modelaram um meio poroso feito de

Poros principalmente homogêneos usando um modelo de transporte 1-D. o