Ученым с 1950-х годов известно, что теоретически возможно вырабатывать электричество за счет движения воды в местах, где встречаются морская и речная вода. Этот тип технологии называется осмотической генерацией энергии или голубой энергией. Хотя прототипы этой технологии уже созданы, все еще ведутся исследования, чтобы доказать, что эта технология масштабируема и надежна.
В обзоре литературы, опубликованном 28 мая в журнале Nano Research Energy, исследователи рассмотрели различные типы материалов, которые могут быть использованы в производстве осмотической энергии.
“На земле есть несколько мест, где морская и речная вода естественным образом смешиваются. Морская вода содержит положительно заряженные ионы, такие как ионы натрия, и отрицательно заряженные ионы, такие как ионы хлорида. Использование электростатически заряженных мембран, которые селективны к одному виду ионов, блокируя другие, может генерировать электричество, которое может питать электронные устройства или накапливаться в батареях”, – сказал автор статьи Джавад Сафаи, исследователь из Центра технологий чистой энергии при Технологическом университете Сиднея в Сиднее, Австралия.
Осмотическая генерация энергии является перспективной альтернативой ископаемому топливу по нескольким причинам. Соленая вода легко доступна, основным отходом этого метода является солоноватая вода, и, в отличие от энергии ветра и солнца, электричество, вырабатываемое с помощью этого метода, не является прерывистым. Исследования показывают, что с помощью этого метода можно ежегодно производить около одного тераватта, или одного триллиона ватт. Это по сравнению с глобальной выработкой солнечной энергии (710 гигаватт) и энергии ветра (730 гигаватт) по состоянию на 2020 год.
Поскольку исследования продвигаются такими быстрыми темпами, в этом обзоре литературы сравниваются различные типы 2D-материалов, которые были изучены для использования в производстве осмотической энергии. Чтобы вырабатывать электричество, вода должна будет проходить через мембрану. Если есть две камеры с водой разной солености, соленая вода будет проходить через мембрану в камеру с меньшим количеством соленой воды. В качестве этой мембраны могут быть использованы различные типы материалов с различными свойствами и преимуществами. В новом обзорном документе рассматривалось, как были изготовлены материалы, их физические характеристики, свойства переноса ионов и их способность генерировать энергию посредством осмоса.
“В настоящее время эти мембраны изготавливаются с использованием различных материалов. Среди всех 2D-материалов выделяются как наиболее перспективные кандидаты благодаря их высокой ионной проводимости, высокой механической прочности, возможностям крупномасштабного производства и способности формироваться в ультратонкие слои. Кроме того, несколько наноструктур с улучшенными характеристиками могут быть изготовлены с использованием гибрида 2D-материалов с другими наноматериалами”, – сказал Сафаи.
Заглядывая в будущее, исследователи надеются расширить масштабируемость осмотической генерации энергии с использованием 2D-материалов, но необходимо провести дополнительные исследования. “2D-материалы в настоящее время являются наиболее перспективными классами материалов, которые могут создавать практические устройства, преобразующие химические потенциалы морской / речной воды в электричество. Мы предполагаем, что дальнейшие исследования 2D-материалов сделают практическую генерацию энергии с градиентом солености на шаг ближе к реальности”, – сказал Сафаи.
