У той час як швейцарські політики ведуть запеклі суперечки про можливість повної відмови від використання атомних станцій, вчені Конфедерації навчилися видобувати електрику з підручних засобів. Альтернативними джерелами енергії в даному випадку можуть стати звичайна вода і побутова сіль.
«Після сонячної, вітряної та гідравлічної вимальовується новий тип екологічно чистої енергії - осмотическая», - йдеться в комюніке EPFL, поширеному з нагоди публікації результатів досліджень в науковому журналі Nature. Назва цього джерела походить від слова «осмос» (від грецького ὄσμος - поштовх, тиск), що означає процес однобічної дифузії через напівпроникну мембрану молекул розчинника в бік більшої концентрації розчиненого речовини з обсягу з меншою концентрацією. Зворотний осмос давно використовується в промислових масштабах в опріснювальних установках.
Слід зазначити, що і сама по собі осмотическая енергія - не нове слово науковому середовищі. Перша в світі електростанція, що виробляє «солоні кіловати», розпочала роботу ще восени 2009 року в Норвегії. Згодом пілотні проекти були запущені також в Нідерландах, Японії та США. Електростанції, базовий принцип роботи яких заснований на різниці між солоністю морської і прісної води, можуть розташовуватися в місцях впадання річок у моря і океани. Однак норвезька експериментальна установка виробляла дуже мало енергії (всього 2-4 кіловати), і в кінці 2013-го компанія-оператор Statkraft повідомила про припинення проекту, надавши можливість розвивати осмотичну енергію іншим гравцям ринку. Рентабельність і по сьогоднішній день залишається головною проблемою для цього напрямку.
Як же функціонує установка, робота якої базується на використанні явища осмосу? В ході контакту між солоною (морської) і прісною водою іони солі через мембрану проникають в відсік з прісною водою; в результаті концентрація солі в обох контейнерах стає однаковою, пояснюють вчені EPFL. Тим часом іони - не що інше, як електрично заряджені частинки, а значить, скориставшись цими переміщеннями, можна отримати електрику.
«Ахіллесовою п'ятою» норвезького проекту експерти називали мембрани, що використовуються для дифузії молекул: на відміну від аналогічних деталей, які постачають розробники обладнання для опріснення води, мембрани осмотической установки повинні бути максимально тонкими, що дозволяє збільшити їх ефективність. Використання органічних мембран, які опинилися занадто тендітними, позбавила змоги досягти значних успіхів у підвищенні продуктивності.
Схоже з поставленим завданням вдалося впоратися швейцарським ученим, що використав у своїх дослідженнях мембрану з сульфіду молібдену з крихітним отвором, або нанопори. Це дозволило іонів з розчину з більшою концентрацією солі мігрувати в розчин з меншою концентрацією. Під час переміщення через нанопори електрони передаються на електрод, що дозволяє отримати електрику.
Мембрана, яку використовували швейцарські вчені, пропускає тільки позитивно заряджені іони, відштовхуючи більшість їх «побратимів» зі знаком «-». Таким чином, в ході міграції між двома відсіками, що містять іони з позитивним і негативним зарядом, створюється напруга, що дозволяє «запустити» електричний струм.
«Ми виготовили нанопори, потім провели дослідження, щоб визначити, який розмір оптимальний. Якщо отвір занадто велике, виходить відібрати менше іонів і напруга знижується. І навпаки, якщо воно дуже маленьке - потік іонів недостатній і знижується струм », - зазначає один з авторів дослідження Джандонг Фенг.
Перспективи, що виглядають багатообіцяюче: теоретично мембрана площею 1 кв.м, 30% поверхні якої покрито нанопори, здатна призвести 1 мегават енергії. Цього достатньо для того, щоб забезпечити роботу 50 тисяч стандартних енергозберігаючих лампочок. Слід зазначити, що нестачі в сульфіді молібдену (MoS2) для виробництва таких мембран не відчувається, а значить, осмотичні станції скоро зможуть зайняти гідне місце поряд з вітряками і сонячними батареями. При цьому, на відміну від останніх, електрику з солоною і прісної води можна виробляти цілодобово, без оглядки на погоду.
Більше статей на цю тему ви знайдете в нашому досьє .
