Ученые из Швейцарии и США создали прототип очень мощной осмотической электростанции. Для выработки электроэнергии они использовали мембрану толщиной всего в три атома и соленую воду. Результаты этой работы опубликованы в Nature, сообщает пресс-служба Эколь политекник в Лозанне (EPFL).

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 (Jiandong Feng), — 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.

Благодаря ультратонкой мембране из дисульфида молибдена и нанопорам ученые смогли добиться от устройства получения мощности 1 мегаватт.

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. См. подробнее об этом в статье «Устье реки как источник энергии». Такие электростанции могут в идеале работать вечно. Авторы работы пророчат своему устройству большие перспективы.

Принцип работы осмотической электростанции