Швейцарские ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны предложили метод, позволяющий существенно увеличить выработку электроэнергии при смешивании соленой и пресной воды. Этот возобновляемый ресурс, известный под названием голубая энергия, основан на естественном осмотическом процессе. В местах впадения рек в моря ионы соли перемещаются через селективную мембрану в сторону менее концентрированной воды, что создает разность потенциалов, которую можно преобразовать в электричество.
До недавнего времени развитие этой технологии сдерживалось техническим противоречием. Мембраны, способные быстро пропускать ионы, часто теряли возможность эффективно разделять электрические заряды. Кроме того, создание долговечных структур для работы в реальных условиях оставалось трудновыполнимой задачей, из–за чего большинство подобных систем не выходило за пределы лабораторий.
Группа исследователей под руководством Александры Раденович разработала решение, основанное на использовании нанопор, покрытых липидным слоем. Липидные бислои – структуры, характерные для клеточных оболочек живых организмов – при нанесении на мембрану из нитрида кремния создают эффект гидратационной смазки. Молекулы жиров притягивают тончайший слой воды, который предотвращает прямой контакт ионов с поверхностью поры. Это минимизирует трение и позволяет частицам перемещаться значительно быстрее.
Экспериментальная установка с мембраной из тысячи нанопор, расположенных в виде гексагональной сетки, показала плотность мощности на уровне 15 ватт на квадратный метр. Этот результат в два–три раза выше показателей существующих полимерных аналогов. Испытания проводились в условиях, имитирующих естественную соленость воды в устьях рек.
Авторы работы, опубликованной в журнале Nature Energy, указывают, что предложенный ими подход переводит изучение осмотической энергии из области тестирования материалов в стадию прецизионного проектирования систем. Метод гидратационной смазки считается универсальным: его планируют применять не только в энергетических установках, но и в других нанофлюидных устройствах для управления потоками частиц на молекулярном уровне.
