Ученые и инженеры из Сиднейского технологического университета в Австралии исследовали различные типы материалов, которые можно использовать для осмотической генерации электричества – перспективному направлению экологичной энергетики. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Ученые еще с 1950-х годов знали, что теоретически возможно генерировать электричество за счет смешения двух жидкостей с разной концентрацией солей – в частности, в местах, где сливаются морская и речная воды. Этот вариант получил название осмотической генерации энергии, или «синей энергетики». Хотя прототипы такой технологии уже созданы, исследования, доказывающие ее масштабируемость и надежность, все еще продолжаются.
«На Земле есть несколько мест, где морская вода и речная вода естественным образом смешиваются. Морская вода содержит положительно заряженные ионы, такие как ионы натрия, и отрицательно заряженные ионы, такие как ионы хлорида, что способно генерировать электричество, которое может питать электронные устройства или аккумулироваться в батареях», – пояснил один из ведущих авторов исследования Джавад Сафаеи из Центра технологий чистой энергии Сиднейского технологического университета.
Осмотическая энергетика перспективна как альтернатива ископаемому топливу по нескольким причинам. Соленая морская вода легко доступна, основным отходом этого метода является лишь чуть менее солоноватая вода, и, в отличие от энергии ветра и солнца, выработка электроэнергии с помощью этого метода может производиться непрерывно.
Исследования показывают, что этим методом можно производить около одного тераватта (одного триллиона ватт) электроэнергии в год. Что больше по сравнению с текущей глобальной мощностью солнечной энергетики (710 гигаватт) и ветровых турбин (730 гигаватт).
В исследовании специалистов Сиднейского технологического университета сравнивались различные типы 2D-материалов, которые были изучены для использования в осмотической генерации энергии.
Для выработки электроэнергии данным методом вода должна пройти через мембрану. При двух камерах с водой разной солености, более соленая вода будет двигаться через мембрану в камеру с менее соленой. В качестве такой мембраны могут использоваться различные типы материалов с различными свойствами и преимуществами. В новом обзорном исследовании были рассмотрены способы изготовления материалов, их физические характеристики, свойства переноса ионов и их способность генерировать энергию за счет осмоса.
«В настоящее время эти мембраны изготавливаются с использованием различных материалов. Среди них 2D-материалы выделяются как наиболее перспективные – благодаря их высокой ионной проводимости, высокой механической прочности, возможностям крупномасштабного производства и способности формироваться в виде сверхтонких слоев. Кроме того, можно изготовить несколько наноструктур с улучшенными характеристиками, используя гибрид 2D-материалов с другими наноматериалами», – отметил Сафаеи.
По его словам, самый важный итог проделанного исследования заключается в том, чтобы представить для более широкой аудитории концепцию преобразования разности концентраций соли в морской и речной воде в электричество в отношении материалов, которые являются наиболее перспективными для создания высокоэффективных ионопроводящих мембран.
В дальнейшей перспективе австралийские исследователи надеются расширить масштабы осмотической генерации энергии прежде всего с помощью 2D-материалов. «Двумерные материалы в настоящее время являются наиболее многообещающими для создания практических устройств, преобразующих химический потенциал смешивания морской/речной воды в электричество. Мы предполагаем, что дальнейшие исследования в этой области сделают осмотическое производство электроэнергии ближе к реальности», – заключил Сафаеи.