Nový autonomní systém těží energii z mořské vody  
Podmořští roboti a další autonomní stroje v oceánu potřebují ke svému provozu zdroj energie. Ten by měl být schopen dodávat energii po dlouhou dobu, ale také zvládat nárazové velké požadavky na výkon. Nové zařízení čínského týmu to dokáže.

Moře obsahuje spoustu energie. Kredit: Steevven1 / Wikimedia Commons.
Moře obsahuje spoustu energie. Kredit: Steevven1 / Wikimedia Commons.

Rozmanité podvodní stroje a zařízení, robotické ponorky nebo třeba podvodní detektory často samostatně operují pod vodní hladinou po velmi dlouhou dobu. Aby to mohli zvládnout, tak k tomu potřebují vlastní a pokud možno spolehlivý zdroj energie. Mohou to být baterie, palivové články nebo třeba zařízení, které si samo obstará energii v okolním prostředí.

 

Liang Tang, Hu Jiang, a Ming Hu vedli tým složený z badatelů čínských univerzit, který vyvinul převratný systém pro získávání energie z mořské vody. Jde o levné zařízení pro přímou elektrochemickou extrakci energie z mořské vody, které se dovede autonomně přepínat podle nároků na energii. Dokáže zajistit nepřetržité dodávání stabilního množství energie, a v případě potřeby se přepne do módu, v němž zvládne krátkodobé návaly požadavků na velký výkon.


Pruská modř. Kredit: Publunch / Wikimedia Commons.
Pruská modř. Kredit: Publunch / Wikimedia Commons.

Podvodní roboti a podobná zařízení dnes mapují mořské dno, proudy či teploty v oceánu, monitorují a opravují podmořská potrubí a kabely, a také dělají v oceánu spoustu dalších náročných věcí, většinou do značné míry autonomně. Náročná práce v extrémních podmínkách obvykle vyžaduje zdroje energie s vysokou hustotou energie (high energy density), které mohou dodávat stálé množství energie pro základní provoz po dlouhou dobu, a zároveň zdroje s vysokou hustotou výkonu (high power density), které poslouží při náhlém požadavku velkého výkonu.

 

Schéma fungování nového zařízení s autonomním přepínáním. Kredit: Zhang et al. (2019).
Schéma fungování nového zařízení s autonomním přepínáním. Kredit: Zhang et al. (2019).

Čínský tým se inspiroval u mořských organismů, které mohou přepínat metabolismus jejich buněk mezi aerobním a anaerobním módem tím, že používají různé materiály v roli příjemce (akceptoru elektronů). Badatelé vyvinuli zdroj energie, který pracuje na podobném principu. Zařízení využívá pozoruhodné materiály kovové organické kostry MOF (Metal-Organic Frameworks). Klíčovým prvkem zařízení je katoda z pařížské (berlínské či také pruské) modři, což je chemicky ferrokyanid železitý, která spolupracuje s kovovou anodou při získávání elektřiny z mořské vody.

 

Když zařízení dodává energii v režimu pro základní provoz, tak jsou elektrony proudící ke katodě předávány kyslíku rozpuštěnému v mořské vodě. Zásoba kyslíku v mořské vodě je prakticky nevyčerpatelná, takže by zařízení v základním režimu mohlo teoreticky fungovat navěky. Problém je v tom, že rozpuštěného kyslíku je v mořské vodě málo. Když se náhle zvýší požadavky na energii, tak na katodě zařízení není dost kyslíku, který by přijal všechny přicházející elektrony. Katoda z pařížské modři musí takové elektrony uskladnit, což udělá tak, že redukuje atomy železa z Fe 3+ na Fe 2+. Aby zařízení udrželo rovnováhu elektrického náboje, tak musí v krátkém čase absorbovat velké množství iontů sodíku. Jakmile se nároky na energii zase sníží, tak se železo opět oxiduje, ionty sodíku se uvolní do okolní mořské vody a vše se vrátí k normálu.


Nový systém je velice stabilní a z koroze mořskou vodou si mnoho nedělá. Vše rovněž nasvědčuje tomu, že vydrží mnoho cyklů přepnutí mezi módy základního provozu a velkého výkonu. Testy ukazují, že zařízení může v módu velkého výkonu bez potíží běžet nepřetržitě 4 dny. V tomto módu systém dodává potřebnou energii pro 39 LEDek a vrtuli.

Literatura
Wiley Online 13. 5. 2019, Angewandte Chemie online 29. 3. 2019.

Datum: 15.05.2019
Tisk článku

Související články:

Zázrak jménem MOF: Zařízení na solární pohon vyždímá vodu ze vzduchu     Autor: Stanislav Mihulka (19.04.2017)
Baterie, co dýchá vzduch, by se mohla stát ultralevným úložištěm energie     Autor: Stanislav Mihulka (20.10.2017)
Poloumělá fotosyntéza kombinuje sílu přírody s důmyslnou chemií     Autor: Stanislav Mihulka (06.09.2018)



Diskuze:




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace