Нет, речь не о турбинах гидроэлектростанций, а о совершенно другом принципе получения электроэнергии.
Большинство технологий возобновляемой энергетики зависят от погоды. Ветряные электростанции могут работать только при наличии ветра, а солнечные электростанции полагаются на солнечный свет. Исследователи из EPFL работают над методом получения источника энергии, который постоянно доступен в устьях рек: осмотическая энергия, также известная как голубая энергия.
Осмос - это естественный процесс, при котором молекулы мигрируют из концентрированного раствора в более разбавленный через полупроницаемую мембрану, чтобы сбалансировать концентрации. В устьях рек электрически заряженные ионы соли перемещаются из соленой морской воды в пресную речную. Идея состоит в том, чтобы использовать это явление для выработки энергии.
Влияние света на процесс получения энергии
Исследователи из лаборатории наноразмерной биологии EPFL (LBEN), возглавляемой профессором Александрой Раденович из Инженерной школы, показали, что производство электроэнергии с использованием осмоса может быть оптимизировано с использованием света. Воспроизводя условия, которые возникают в устьях рек, они направили свет на систему, сочетающую воду, соль и мембрану толщиной всего в три атома, чтобы генерировать больше электроэнергии. Под воздействием света система вырабатывает в два раза больше энергии, чем в темноте. Их результаты были опубликованы в журнале Joule.
В статье 2016 года команда из LBEN впервые показала, что двумерные мембраны представляют собой потенциальную революцию в производстве осмотической энергии. Но в то время в эксперименте не использовались реальные условия.
Как это реализовано?
Добавление света означает, что технология стала на один шаг ближе к реальному применению. Система включает в себя два заполненных жидкостью отсека с заметно отличающимися концентрациями солей, разделенных мембраной из дисульфида молибдена (MoS2). В середине мембраны находится нанопора — крошечное отверстие диаметром от трех до десяти нанометров (одна миллионная миллиметра).
Каждый раз, когда ион соли проходит через отверстие из раствора с высокой концентрацией в раствор с низкой концентрацией, электрон переносится на электрод, который генерирует электрический ток.
Потенциал системы для выработки электроэнергии зависит от ряда факторов, не в последнюю очередь от самой мембраны, которая должна быть тонкой, чтобы генерировать максимальный ток. Нанопора также должна быть селективной, чтобы создавать разность потенциалов (напряжение) между двумя жидкостями, как в обычной батарее. Нанопора пропускает положительно заряженные ионы, одновременно отталкивая большинство отрицательно заряженных.
Система тонко сбалансирована. Нанопора и мембрана должны быть сильно заряжены, и для этого требуется несколько нанопор одинакового размера, что является технически сложным процессом.
Как свет лазера заменить солнечным светом?
Исследователи решили две проблемы одновременно, используя низкоинтенсивный лазерный свет. Свет высвобождает встроенные электроны и заставляет их накапливаться на поверхности мембраны, что увеличивает поверхностный заряд материала. В результате нанопоры становятся более избирательными, а величина тока увеличивается.
"Взятые вместе, эти два эффекта означают, что нам не нужно так сильно беспокоиться о размере нанопор", - объясняет Мартина Лихтер, исследователь из LBEN. "Это хорошая новость для крупномасштабного производства технологии, поскольку отверстия не обязательно должны быть идеальными и однородными".
По мнению исследователей, для направления этого света на мембраны в устьях рек можно использовать систему зеркал и линз. Аналогичные системы используются в солнечных коллекторах и концентраторах — технология, уже широко используемая в фотовольтаике.
"По сути, система может генерировать осмотическую энергию днем и ночью", - объясняет Майкл Граф, ведущий автор статьи. "Производительность удвоилась бы в светлое время суток".
