Основні лацкани

Більшість технологій відновлюваної енергетики залежать від клімату. Вітроелектростанції можуть працювати лише тоді, коли є вітер, а сонячні електростанції залежать від сонячного світла. Дослідники Федеральної політехнічної школи Лозани (EPFL), Швейцарія, працюють над методом уловлювання джерела енергії, яке постійно доступне в лиманах річок: осмотична сила, також відома як блакитна енергія.

річках

Осмос - природний процес, при якому молекули мігрують із концентрованого розчину в більш розбавлений через напівпроникну мембрану, щоб збалансувати концентрації. У річкових лиманах електрично заряджені іони солі переходять із солоної води в прісну річкову воду. Ідея полягає в тому, щоб скористатися цим явищем для отримання енергії.

Додавання світла означає, що технологія наблизилася до реального застосування.

Дослідники лабораторії біології наномасштабу (LBEN) EPFL, очолювані професором Олександрою Раденович з Інженерної школи, показали, що виробництво енергії через осмос можна оптимізувати за допомогою світла. Відтворюючи умови, що відбуваються в лиманах, вони висвітлювали систему, яка поєднує воду, сіль і мембрану товщиною всього в три атоми, щоб виробляти більше електроенергії. Під впливом світла система виробляє вдвічі більше енергії, ніж у темряві, як докладно описано в "Джоулі".

У статті 2016 року команда з LBEN вперше продемонструвала, що 2D-мембрани представляють потенційну революцію у виробництві осмотичної енергії. Але на той час експеримент не використовував реальних умов.

Іони, що проходять через нанопору

Додавання світла означає, що технологія наблизилася до реального застосування. Система включає два відділення, заповнені рідиною, із помітно різними концентраціями солі, розділені мембраною дисульфіду молібдену (MoS2). Посередині мембрани знаходиться нанопор, невеликий отвір діаметром від трьох до десяти нанометрів (одна мільйонна частина міліметра).

Кожен раз, коли іон солі проходить через отвір розчину з високою до низькою концентрацією, електрон переноситься на електрод, який генерує електричний струм. Потенціал генерації електроенергії системи залежить від кількох факторів, включаючи саму мембрану, яка повинна бути тонкою, щоб генерувати максимальний струм.

Нанопора також повинна бути вибірковою, щоб створити різницю потенціалів (напруга) між двома рідинами, як у звичайній батареї. Нанопора дозволяє позитивно зарядженим іонам проходити, відводячи при цьому найбільш негативно заряджені. Система тонко збалансована: нанопори та мембрани повинні бути сильно навантажені, і потрібно кілька нанопор однакового розміру, що є технічно складним процесом.

Використовуйте силу сонячного світла

Ці дві проблеми дослідники вирішили одночасно, використовуючи лазерне світло низької інтенсивності. Світло вивільняє вбудовані електрони і змушує їх накопичуватися на поверхні мембрани, підвищуючи поверхневий заряд матеріалу. Як результат, нанопори є більш виборчими, і потік струму збільшується.

"Разом ці два ефекти означають, що нам не потрібно так сильно турбуватися про розмір нанопор, - пояснює Мартіна Ліхтер, дослідник LBEN. - Це хороша новина для масштабного виробництва технології, оскільки отвори, вони не повинні бути ідеальними та рівномірними ".

Система включає два відділення, наповнені рідиною, з помітно різними концентраціями солі

На думку дослідників, система дзеркал і лінз може бути використана для спрямування цього світла на мембрани річкових лиманів. Подібні системи використовуються в сонячних колекторах та концентраторах - технологія, яка вже широко використовується у фотоелектричній енергії. "По суті, система могла генерувати осмотичну енергію вдень і вночі --пояснює Майкл Граф, провідний автор статті. Вихід збільшиться вдвічі протягом світлового дня ".

Тепер дослідники продовжать свою роботу, вивчаючи можливості збільшення пропускної здатності мембран, вирішуючи цілий ряд проблем, таких як оптимальна щільність пор. Перед використанням цієї технології для реальних застосувань ще багато роботи. Наприклад, надтонку мембрану потрібно механічно стабілізувати. Це можна зробити за допомогою пластини кремнію, яка містить щільну матрицю мембран з нітриду кремнію, які легко і недорого виготовити.

Це дослідження під керівництвом LBEN проводиться в рамках співпраці двох лабораторій EPFL (LANES та LBEN) та дослідників з кафедри електротехніки та обчислювальної техніки Університету Іллінойсу, Урбана-Шампейн, США.