Учёные создали прототип мощной осмотической электростанции

Группа учёных из США и Швейцарии разработала прототип сверхмощной осмотической электростанции. О результатах исследований рассказано в статье, опубликованной в издании Nature. Вырабатывать электроэнергию учёные собрались с помощью солёной воды и мембраны толщиной всего в 3 атома.

Принцип действия осмотической электростанции основан на известном явлении осмоса - стремления жидкостей при смешивании уравнивать концентрацию соединений, растворённых в них. Швейцарцы и американцы в данном случае использовали солёную и пресную воду, которые разделили мембраной. Сквозь мембрану начинают проникать ионы соли до тех пор, пока концентрация их в пресной воде в той стороне от мембраны не сравняется. Как известно, ионы являются электрически заряженными частицами, поэтому их движение используется в выработке электроэнергии.

Особенность технологии, предлагаемой швейцарскими и американскими учёными – в уникальной мембране, изготовленной из дисульфида молибдена, имеющей толщину всего в 3 атома. Её создали в лаборатории нанобиологии EPFL. За разработку отвечала группа исследователей под руководством профессора Jiandong Feng (Цзяньдун Фэн).

В мембране проткнута одна единственная дырка — так называемая нанопора, которую зарядили негативно. Позитивно заряженные солевые ионы через нанопору проникают в отсек с пресной водой, двигаясь из отсека с водой солёной. Тем временем их электроны начинают передаваться на проводник и генерировать электричество. Благодаря нанопоре в одном из отсеков накапливаются положительно заряженные ионы, а в другом —заряженные отрицательно. Возникающее напряжение в отсеках ведёт к потоку электрического тока.

Ультратонкая мембрана из дисульфида молибдена и нанопора дала возможность учёным добиться мощности в один мегаватт. С помощью изменения размеров нанопоры, они также могут влиять на величину напряжения или силу тока. Исследователи подобрали самый оптимальный диаметр нанопоры для того, чтобы достичь наилучшего соотношения напряжения и тока, при котором продуцируется самая большая возможная электрическая мощность.

Отметим, что электростанции, которые используют осмос, разрабатываются давно и уже начали эксплуатироваться в экспериментальном режиме. Сейчас они есть в США, Норвегии, Нидерландах, Японии, однако их производительность пока что оставляла желать лучшего. Тем не менее осмотические электростанции — это экологически чистая энергия, поэтому учёные не оставляют попыток их дальнейшего совершенствования.