Nanorurki przełomem dla elektrowni osmotycznych

dodano: 2013-03-06 14:52 | aktualizacja: 2013-03-08 17:47
autor: Janusz Sulisz | źródło: EE Times

Naukowcy z Institut Lumiere Matiere (CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1) we współpracy z naukowcami z Institut Néel (CNRS) odkryli, jak wykorzystać nanorurki z azotku boru przy pozyskiwaniu energii metodą osmozy (użyto zbiorników z wodą słodką i słoną oddzielonych specjalną membraną). Osmotyczny przepływ przez nanorurki z azotku boru prowadzi do generowania energii elektrycznej. Jest to ponad 1000 razy bardziej wydajny system od rozwiązań osmotycznych stosowanych do tej pory.

Prosimy o wyłączenie blokowania reklam i odświeżenie strony.

Aby osiągnąć taki efekt, naukowcy opracowali specjalne urządzenie, które pozwoliło im na zbadanie osmotycznego przepływu płynu przez pojedynczą nanorurkę. Kiedy zbiornik ze słoną wodą doprowadzi się do kontaktu ze zbiornikiem ze słodką wodą, używając półprzepuszczalnej membrany, zachodzące zjawisko osmozy umożliwia generowanie energii elektrycznej przez wykorzystanie różnic zasolenia. Może to odbywać się na dwa sposoby: albo różnica ciśnienia osmotycznego pomiędzy dwoma zbiornikami może napędzać turbinę, albo membrana, która przepuszcza tylko jony, może być wykorzystywana do wytwarzania prądu elektrycznego.

Według wstępnych wyliczeń, energia osmotyczna, skoncentrowana teoretycznie w ujściach rzek (kontakt wody słonej ze słodką), ma moc co najmniej 1 TW - odpowiednik 1000 reaktorów jądrowych. Jednak, technologie obecnie dostępne dla wykorzystania tej energii są stosunkowo nieefektywne, produkując tylko około 3 W na m kw. membrany. Zespół francuskich fizyków może jednak znaleźć rozwiązania, by pokonać tę przeszkodę.

Podstawowym celem tego badania było pokazanie potencjału płynów zamkniętych w nanometrycznych przestrzeniach, takich jak nanorurki. Czerpiąc inspirację z biologii i badań kanalików komórkowych, naukowcom udało się dokonać pomiarów przepływu osmotycznego przez pojedynczą nanorurkę. Eksperymentalne urządzenie składało się z nieprzepuszczalnej i nieprzewodzącej prądu elektrycznego membrany przebitej nanorurką z azotku boru. Do umieszczenia nanorurki w membranie naukowcy wykorzystali głowicę skaningowego mikroskopu tunelowego. Warto dodać, że średnica takiej nanorurki wynosiła od kilku do kilkunastu nanometrów. Dwie elektrody zanurzone w cieczy po obu stronach nanorurki umożliwiły pomiar prądu elektrycznego. Natężenie prądu przechodzącego przez nanorurki było rzędu nA, co czyniło to rozwiązanie ponad 1000 razy bardziej wydajnym od innych systemów działających na zasadzie przepływu osmotycznego.

Membrana o powierzchni 1 m kw. z nanorurkami z azotku boru powinna mieć moc około 4 kW i być zdolna do wytwarzania maks. 30 MWh energii rocznie. Wydajność jest trzy rzędy wielkości większa niż w przypadku działających już prototypów elektrowni osmotycznych.

Kolejnym krokiem dla badaczy w ramach tego projektu będzie zbadanie możliwości masowej produkcji membran wykonanych z nanorurek azotku boru, a także przetestowanie wydajności nanorurek wykonanych z innych materiałów.

Materiał chroniony prawem autorskim - wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy.