Создан прототип очень мощной осмотической электростанции

Ученые из Швейцарии и США создали прототип инновационной электростанции. Для выработки электроэнергии они использовали мембрану толщиной всего в три атома и соленую воду.

Работа осмотической электростанции основана на явлении осмоса, то есть стремлении жидкостей при смешении уравнять концентрацию растворенных в них соединений. В данном случае ученые использовали пресную и соленую воду, разделенные мембраной. Ионы соли проникают сквозь мембрану, пока их концентрация в пресной воде по другую сторону мембраны не сравняется. (Поскольку ионы — это электрически заряженные частицы, их движение используют для выработки электроэнергии.)

Секрет системы, созданной учеными из лаборатории нанобиологии EPFL под руководством Цзяньдун Фэн, — в мембране из дисульфида молибдена, толщиной всего в три атома. В ней проткнута всего одна дырка — нанопора, которая заряжена негативно. Через нанопору в отсек в пресной водой из отсека с соленой водой проникают позитивно заряженные ионы соли, а их электроны передаются на проводник, чтобы генерировать электроэнергию. Из-за нанопоры в одном отсеке скапливаются положительно заряженные ионы, в другом — отрицательно заряженные. Возникает напряжение между отсеками, течет электрический ток.

Регулируя размер нанопоры, можно влиять на силу тока либо величину напряжения. Ученым оставалось только подобрать оптимальный диаметр нанопоры, чтобы найти лучшее соотношение тока и напряжения, которое продуцирует наибольшую возможную мощность.

Для проверки устройства ученые использовали молибденовый транзистор. Они рассчитали, что с мембраной площадью 1 кв. метр, покрытой на 30% нанопорами, можно достичь 1 мегаватт энергии. Этого достаточно, чтобы зажечь 50 тысяч энергосберегающих лампочек. Результат впечатляющий. Дисульфид молибдена не относится к редким соединениям, а из технических проблем ученые пока видят только одну — сделать как можно более одинаковые нанопоры.

Электростанции, использующие осмос, разрабатываются и уже эксплуатируются в экспериментальном режиме — в Норвегии, Нидерландах, Японии и США, но их производительность оставляет желать лучшего. Поскольку осмотические электростанции — экологически чистые, ученые продолжают их совершенствовать.

Осмотические электростанции можно ставить в устьях рек, впадающих в моря, где пресная воды встречает соленую. Такие электростанции могут в идеале работать вечно. Авторы работы пророчат своему устройству большие перспективы.