Membrána pro výrobu osmotické energie. Kredit: Steven Duensing / National Center for Supercomputing Applications, University of Illinois, Urbana-Champaign

Energetika obnovitelných zdrojů dostane zajímavou posilu. Jestli se něco nepokazí, tak vedle solární, větrné nebo vodní energie dostaneme k dispozici i energii osmotickou. Jde o pozoruhodný zdroj energie, který využívá fyzikální fenomény doprovázející kontakt sladké vody se slanou.

Výzkumníci Laboratoře nanoškálové biologie Švýcarského federálního technologického institutu v Lausanne (EPFL) vyvinuli systém pro výrobu osmotické energie, který dosahuje doposud nevídaných výkonů. Vymysleli zajímavý trik, jehož podstatou je membrána o tloušťce 3 atomů. Výsledky jejich výzkumu zveřejnil na svém webu prestižní Nature.

Jiandong Feng. Kredit: EPFL.

Koncept švýcarského týmu je prostý. Když dvě kapaliny s rozdílnou koncentrací iontů solí odděluje polopropustná membrána, tak mezi kapalinami dojde k pohybu iontů, který trvá tak dlouho, dokud se koncentrace v obou kapalinách nevyrovnají. To je osmóza v kostce. Když se tohle provede se sladkou a slanou vodou, tak ionty solí proudí do sladké vody. Ionty jsou vlastně elektricky nabité atomy a jejich pohyb lze využít k získání elektrické energie.

Švýcaři k tomu použili membránu, kterou vytvořili ze sulfidu molybdeničitého (MoS2). V membráně je nanopór, kterým procházejí ionty solí ze slané vody do sladké. Když ionty procházejí nanopórem, tak jejich elektrony přejdou na elektrodu, čímž se vytvoří elektrický proud. Díky charakteru membrány procházejí kladně nabité ionty, kdežto většina z těch záporných neprojde, což podporuje vznik elektrického proudu.

Logo EPFL

Šéf výzkumu Jiandong Feng a jeho kolegové museli nalézt optimální velikost nanopóru. Kdyby byl moc velký, tak by skrz něj procházely záporně nabité ionty a výsledný elektrický proud by byl nic moc. Naopak příliš malý nanopór by způsobil, že by neprocházelo dost iontů a vytvořený elektrický proud by opět nestál za řeč. Klíčové rovněž je, aby membrána pro výrobu osmotické energie byla co nejtenčí. V těchto typech membrán platí, že čím tenčí membrána, tím více proudu. Membrána ze 3 vrstev atomů, vyrobená ze sulfidu molybdeničitého, je pro tenhle účel skvělá. Je to vůbec poprvé, co byl pro tento typ aplikace využit podobný 2D materiál. A nejspíš to nebylo naposled.

Vítejte, hlásá stránka Laboratoře nanoškálové biologie EPFL

Nový systém pro výrobu osmotické energie má podle EPFL ohromný potenciál. Z jejich výpočtů vyplývá, že 1 metr čtvereční membrány se 30% povrchu pokrytými nanopóry by mohl vyrábět 1MW elektřiny, což by uživilo 50 tisíc energeticky úsporných žárovek. Klíčový materiál, tedy sulfid molybdeničitý, je snadno dostupný, vyrobit membránu není takový problém. Pokud se povede vyladit postup výroby membrány, aby na ní vznikly nanopóry stejné velikosti, tak by se mohla rozjet výroba osmotických generátorů elektřiny ve velkém.

Badatelé zatím předvedli, že jejich membrána s jediným nanopórem může pohánět nanotranzistor. V dohledné době bychom se mohli dočkat zajímavých nanoelektronických a optoelektronických aplikací, pro které bude získávat energii z okolního prostředí osmotický nanogenerátor.


Video:  Water generates electricity (with a pinch of salt!)

Literatura
Nature online 13. 7. 2016.