Rez a moře. Kredit: Morteza Akhnia/Unsplash/Caltech.

Už známe spoustu různých způsobů, jak je možné získat elektřinu. Rozmanité baterie, solární články, větrné turbíny, vodní elektrárny vícero druhů nebo třeba geotermální zdroje. A teď k nim možná přibude další, poněkud nečekaný. Obyčejná a obvykle proklínaná rez. Vědci z amerického Caltechu a z Northwestern University zjistili, že když přes hodně tenké filmy rzi, tedy oxidu železa, protéká slaná voda, tak vzniká elektřina. Je to úplně nový způsob tvorby elektřiny, který by se mohl stát základem doposud nevídaných forem udržitelné energetiky.

Thomas F. Miller III. Kredit: Caltech.

Na tom, že při styku sloučenin kovu a slané vody vzniká elektřina, není nic divného. Obvykle je to ale důsledek chemických reakcí a přeměn chemických sloučenin. Takové procesy se běžně odehrávají například v bateriích. Tom Miller z Caltechu, Franz Geiger z Northwesternu a jejich spolupracovníci ale využili úplně jiný jev. Namísto chemických reakcí jim elektřina vzniká přeměnou kinetické energie tekoucí slané vody. Funguje to jako komplexní proces, během něhož ionty mořské vody přitahují elektrony v železu pod vrstvou rzi.

Jde o elektrokinetický jev, který byl dříve pozorován v grafenových filmech. Tenhle proces je neobyčejně efektivní. Přeměna kinetické energie slané vody na elektřinu probíhá s 30-procentní účinností, zatímco nejlepší solární panely to dokážou asi s 20-procentní účinností. Podle Millera nemusí jít jen o rez. Když se vezme kapka slané vody a nechá se stékat po grafenu, tak rovněž vznikne elektřina.

Dočkáme se rzivé energetiky? Kredit: Laitr Keiows / Wikimedia Commons.

Vyrábět plátky grafenu  ve velkém je ovšem stále velmi komplikované. Naproti tomu ultratenké filmy rzi jsou mnohem dostupnější. Jejich výroba je relativně snadná, i ve velkém množství. Je to prostě rez na železném povrchu. Komplikace je především v tom, že musí jít rovnoměrně tenkou vrstvu rzi. Proto Miller s Geigerem a spol. použili fyzikální depozici z plynné fáze (PVD, physical vapor deposition), během které dochází k odpaření pevného materiálu a jeho uložení na zamýšleném podkladu. Díky tomu postupu badatelé vytvořili rovnoměrnou vrstvu rzi o tloušťce 10 nanometrů, čili asi desettisíckrát tenčí nežli lidský vlas.

Když tvůrci svou rzivou technologii důkladně otestovali, tak se ukázalo, že čtvereční centimetr nanovrstvy rzi vytvoří několik desítek milivoltů a několik mikroampérů. Miller je přesvědčen, že by systém o ploše asi 10 čtverečních metrů výhledově mohl generovat asi několik kilowattů, což by mělo stačit pro standardní americkou domácnost. Prozatím by rzivou energii mohly využívat zařízení s malou spotřebou na odlehlých místech nebo tam, kde se pohybuje slaná voda, například v oceánu nebo třeba v lidském těle.

Video: Tom Miller - CS+Chemistry - Alumni College 2016

Literatura

California Institute of Technology 29. 7. 2019, PNAS online 29. 7. 2019.