Soľ, voda a osmóza - nový efektívny zdroj energie?

Princíp je jednoduchý. Semipermeabilná (polopriepustná) membrána oddeľuje dve kvapaliny s rôznou koncentráciou soli. Ióny soli môžu putovať cez membránu, kým sa koncentrácia v oboch tekutinách dostane do rovnovážneho stavu. Tento jav sa nazýva osmóza.

Ak sa v systéme použijú aj bežné kvapaliny, ktorých máme dostatok - napr. morská a riečna voda, ióny soli z morskej vody prechádzať cez membránu do neslanej vody, až kým obe tekutiny budú mať rovnakú koncentráciu soli. Pretože ión je atóm s elektrickým nábojom, pohyb iónov soli sa dá využiť na výrobu elektrickej energie.

Základom efektivity je špeciálna ultratenká membrána oddeľujúca obidva roztoky. Dvojkomorový systém so slanou a sladkou vodou oddelili výskumníci tenkou membránou zo sírnika molybdeničitého (MoS2). V membráne vytvorili malý otvor, cez ktorý prechádzajú kladné ióny zo slanej vody do sladkej. Väčšina záporných častíc je od otvoru odpudzovaná, a tak vzniká medzi kvapalinami elektrické napätie. To môže generovať elektrický prúd. Presne kalibrovaný otvor prepustí iba kladné ióny.

Dôležité bolo tiež, aby membrána bola čo najtenšia. V týchto typoch membrán platí, čím tenšia membrána - tým viac prúdu. Ideálnou sa ukazuje membrána skladajúca sa iba z 3 vrstiev atómov sulfidu molybdeničitého. (Je to prvýkrát, čo sa podarilo pre podobný účel vyrobiť takýto 2D materiál).

„Museli sme najprv zistiť, aká má byť optimálna veľkosť dierky v membráne. Ak je príliš veľká, mohli by cez ňu prejsť aj záporné ióny a výsledné napätie by bolo veľmi malé. Príliš malý otvor by zase neprepustil dostatok kladných iónov a elektrický prúd by bol slabý,“ komentoval technológiu vedúci výskumu Jiandong Feng.

Informáciu ako prvý priniesol univerzitný web. Štúdiu zverejnil aj vedecký žurnál Nature.

Výskumníci použili zatiaľ membránu s jediným nanopórom.  Takto mohli celý proces lepšie preskúmať, a ukázať, že membrána s jediným nanopórom môže poháňať nanotranzistor. Cieľom je vyrobiť membrány s väčším počtom nanopórov rovnakej veľkosti. Potom by sa výroba osmotických generátorov mohla rozbehnúť masovo.

Ak by to v záplave informácií o nových alternatívnych zdrojoch energií bola pravda, tak potenciál nového systému je obrovský. Podľa výpočtov vedcov by 1 m2 membrány s 30 % svojho povrchu pokrytým nanopórmi bol schopný produkovať 1 MW elektrickej energie. Toto číslo je ťažko uveriteľné. (Stačilo by napríklad na napájanie 50 000 štandardných energeticky úsporných žiaroviek). Sírnika molybdeničitého je v prírode takisto dostatok (alebo sa dá získať aj chemickým naparovaním (chemical vapor deposition)), systém by sa mohol využiť na výrobu elektrickej energie vo veľkej miere a bol by aj lacný vzhľadom na potrebné "palivo" a suroviny.