Forskere viser at elektrisitet kan oppnås fra vann med høy saltkonsentrasjon

Utforming av fornybare energikilder er et sentralt anliggende for forskere, politiske ledere og lokalsamfunn ettersom verden kommer overens med realitetene til klimaendringer og grensene for jordens naturressurser. I en spennende ny utvikling har forskere fra Institutt for vitenskapelig og industriell forskning (SANKEN) ved Osaka University demonstrert at elektrisitet kan fås fra vann med høy saltkonsentrasjon, for eksempel sjøvann.

Noen tenker på “osmose” som bare et naturvitenskapelig begrep ble de tvunget til å lære i grunnskolens biologitime. Imidlertid kan den spontane bevegelsen av oppløste ioner eller molekyler gjennom en semipermeabel membran når det er en konsentrasjonsforskjell mellom de to sidene utnyttes til å generere elektrisitet. Og heldigvis for oss er havene fylt med saltvann, som kan brukes til å bidra til å lindre menneskehetens stadig økende etterspørsel etter energi. Men for å være praktisk, må denne membranen være veldig tynn og svært selektiv for å tillate ioner— men ikke vannmolekyler – å passere gjennom.

Nå har et forskerteam ledet av Osaka University brukt konvensjonell halvlederbehandlingsteknologi for å nøyaktig kontrollere strukturen og arrangementet av nanoporer i en ultratynn silisiummembran. Fordi disse fabrikasjonsmetodene har eksistert i flere tiår, ble kostnadene og designkompleksitetene minimert. Dessuten kan størrelsen og plasseringen av porene kontrolleres nøyaktig.

“Når det er en ikke-likevektssituasjon, for eksempel to vanntanker med forskjellige saltkonsentrasjonerer det ofte en mulighet til å skjule denne termodynamiske energien til elektrisitet,” sier førsteforfatter Makusu Tsutsui.

Ved å bruke en enkelt nanopore på 20 nm, nådde enheten en maksimal effekteffektivitet på 400 kW/m². Forskerne fant imidlertid at å legge for mange nanoporer til membranen faktisk reduserte kraften som kunne trekkes ut. Den optimale konfigurasjonen av porene, 100 nm store nanoporer arrangert i et rutenett med en avstand på én mikrometer, ga en osmotisk effekttetthet på 100 W/m².

Dette var et viktig skritt for å forstå hvordan man designer nanopore-enheter for best mulig kraftproduksjon. “Mange andre forskningsgrupper lover miljøvennlig “grønn” energi, men vi går et skritt videre og foreslår “blå” energi basert på havvann som kan brukes i industriell skala, sier seniorforfatter Tomoji Kawai. Studien er publisert i Cell Rapporter Fysisk Vitenskapog fremtidige prosjekter kan inkludere måter å skalere opp enhetene for testing i den virkelige verden.

---

---