Основни ревери

Повечето технологии за възобновяема енергия са зависими от климата. Вятърните паркове могат да работят само когато има вятър, а слънчевите централи зависят от слънчевата светлина. Изследователи от Федералното политехническо училище в Лозана (EPFL), Швейцария, работят върху метод за улавяне на енергиен източник, който е постоянно на разположение в устията на реките: осмотична сила, известна още като синя енергия.

възможен

Осмозата е естествен процес, при който молекулите мигрират от концентриран разтвор към по-разреден през полупропусклива мембрана, за да балансират концентрациите. В устията на реките солените йони с електрическо зареждане преминават от солена вода към прясна речна вода. Идеята е да се възползвате от това явление, за да генерирате енергия.

Добавянето на светлина означава, че технологията се е приближила с една крачка по-близо до реалното приложение.

Изследователи от лабораторията за наномащабна биология на EPFL (LBEN), водени от професор Александра Раденович от Инженерното училище, показаха, че производството на енергия чрез осмоза може да бъде оптимизирано с помощта на светлина. Чрез възпроизвеждане на условията, които се случват в устията, те осветяват система, която комбинира вода, сол и мембрана с дебелина само три атома, за да генерира повече електричество. Под въздействието на светлината системата произвежда два пъти повече енергия, отколкото на тъмно, както е описано в „Джоул“.

В статия от 2016 г. екип от LBEN за първи път демонстрира, че 2D мембраните представляват потенциална революция в производството на осмотична енергия. Но по това време експериментът не използва реални условия.

Йони, преминаващи през нанопор

Добавянето на светлина означава, че технологията се е приближила с една крачка по-близо до реалното приложение. Системата включва две отделения, пълни с течност, в значително различни концентрации на сол, разделени от мембрана от молибден дисулфид (MoS2). В средата на мембраната има нанопор, малка дупка между три и десет нанометра (една милионна от милиметъра) в диаметър.

Всеки път, когато солен йон преминава през отвора на разтвора с висока до ниска концентрация, електрон се прехвърля към електрод, който генерира електрически ток. Потенциалът за генериране на енергия на системата зависи от няколко фактора, включително самата мембрана, която трябва да е тънка, за да генерира максимален ток.

Нанопората също трябва да бъде селективна, за да създаде потенциална разлика (напрежение) между двете течности, точно както в конвенционалната батерия. Нанопората позволява преминаването на положително заредени йони, докато отблъсква най-отрицателно заредените. Системата е фино балансирана: нанопорите и мембраната трябва да бъдат силно натоварени и са необходими множество нанопори със същия размер, което е технически предизвикателен процес.

Използвайте силата на слънчевата светлина

Изследователите решават тези два проблема едновременно, като използват лазерна светлина с ниска интензивност. Светлината освобождава вградени електрони и ги кара да се натрупват на повърхността на мембраната, повишавайки повърхностния заряд на материала. В резултат нанопорът е по-селективен и текущият поток се увеличава.

„Заедно тези два ефекта означават, че не трябва да се тревожим толкова за размера на нанопорите - обяснява Мартина Лихтер, изследовател в LBEN. - Това е добра новина за мащабното производство на технологията, тъй като дупки не трябва да са перфектни и еднакви ".

Системата включва две отделения, пълни с течност, в значително различни концентрации на сол

Според изследователите може да се използва система от огледала и лещи за насочване на тази светлина към мембраните на речните устия. Подобни системи се използват в слънчевите колектори и концентратори, технология, която вече се използва широко във фотоволтаичната енергия. "По същество системата може да генерира осмотична енергия денем и нощем --обяснява Майкъл Граф, водещ автор на статията. Изходът ще се удвои през светлата част на денонощието ".

Сега изследователите ще продължат работата си, проучвайки възможностите за увеличаване на пропускателната способност на мембраната, решавайки редица предизвикателства като оптималната плътност на порите. Има още много работа, която трябва да се свърши, преди технологията да може да се използва за реални приложения. Например, ултратънката мембрана трябва да бъде механично стабилизирана. Това може да се направи, като се използва силициева пластина, която съдържа плътна матрица от мембрани от силициев нитрид, които са лесни и евтини за производство.

Това изследване, ръководено от LBEN, се извършва като част от сътрудничеството между две лаборатории на EPFL (LANES и LBEN) и изследователи от Катедрата по електротехника и компютърно инженерство в Университета на Илинойс, Урбана-Шампайн, САЩ.