Mėlynoji energija: upės galėtų sugeneruoti tiek elektros, kiek sukurtų tūkstančiai atominių elektrinių

Žaliosios energijos šalininkai netrukus gali tapti „mėlynais“. Nauja membrana gali atskleisti „mėlynosios energijos“ potencialą – elektros energijos gamybai gali būti pasitelkti cheminiai gėlo ir sūraus vandens skirtumai. Jei mokslininkams pavyks už prieinamą kainą padidinti kol kas pašto ženklo dydžio membranos dydį, ji galėtų aprūpinti energija be anglies dioksido milijonus žmonių, gyvenančius pakrančių šalyse, kur gėlavandenės upės susilieja su jūra.

 Nauja membrana gali atskleisti „mėlynosios energijos“ potencialą – elektros energijos gamybai gali būti pasitelkti cheminiai gėlo ir sūraus vandens skirtumai (asociatyvinė iliustr.)<br> 123RF iliustr.
 Nauja membrana gali atskleisti „mėlynosios energijos“ potencialą – elektros energijos gamybai gali būti pasitelkti cheminiai gėlo ir sūraus vandens skirtumai (asociatyvinė iliustr.)<br> 123RF iliustr.
Daugiau nuotraukų (1)

Lrytas.lt

2022-05-20 17:33, atnaujinta 2022-05-25 09:22

„Tai įspūdinga, – sako Pietų Korėjos Pohango mokslo ir technologijų universiteto mechanikos inžinierius Hyungas Gyu Parkas, kuris nedalyvavo atliekant šį darbą. – Mes tokios sėkmės laukėme daugelį metų“.

„Mėlynosios energijos“ perspektyvos kyla iš jos masto: upės kasmet į vandenynus suplukdo apie 37 000 kubinių kilometrų gėlo vandens. Ši gėlo ir sūraus vandens sankirta suteikia galimybę pagaminti daug elektros energijos – 2,6 teravato, t.y. maždaug tiek, kiek gali pagaminti 2000 atominių elektrinių.

Egzistuoja keli būdai, kaip iš tokio vandens susimaišymo gaminti energiją. Jau pastatytos kelios „mėlynosios energijos“ elektrinės, tačiau didelė jų kaina neleidžia statyti jų daugiau. Visi „mėlynosios energijos“ gavimo būdai remiasi tuo, kad druskos yra sudarytos iš jonų, t.y. cheminių medžiagų, turinčių teigiamą arba neigiamą krūvį. Kietosiose medžiagose teigiami ir neigiami krūviai traukia vienas kitą, surišdami jonus. Pavyzdžiui, valgomoji druska yra junginys, sudarytas iš teigiamai įkrautų natrio jonų, susijungusių su neigiamai įkrautais chloro jonais. Vandenyje šie jonai atsiskiria ir gali judėti savarankiškai.

Perpumpuodami teigiamus jonus – pavyzdžiui, natrio ar kalio – į kitą pusiau pralaidžios membranos pusę, mokslininkai gali sukurti du vandens baseinus: vieną su teigiamu krūviu, o kitą su neigiamu krūviu. Į šiuos baseinus panardinus elektrodus ir sujungus juos laidu, elektronai tekės iš neigiamai įkrautos pusės į teigiamai įkrautą – ir taip bus gaminama elektra.

2013 m. Prancūzijos mokslininkai pagamino būtent tokią membraną. Jie panaudojo keraminę silicio nitrido plėvelę – pramonėje dažniausiai naudojamą elektronikai, pjovimo įrankiams ir kitoms reikmėms – perskirtą viena pora, padengta boro nitrido nanovamzdeliu (BNNT) – medžiaga, kuri, be kita ko, tiriama siekiant ją panaudoti didelio atsparumo kompozitams. Kadangi BNNT turi didelį neigiamą krūvį, prancūzų komanda įtarė, kad tai neleis neigiamai įkrautiems vandens jonams prasiskverbti pro membraną (nes tie patys elektros krūviai atstumia vienas kitą). Jų nuojauta buvo teisinga. Jie nustatė, kad, įdėjus membraną su vienu BNNT tarp gėlo ir sūraus vandens, teigiami jonai iš sūraus vandens pusės perbėgo į gėlo vandens pusę, tačiau neigiamai įkrauti jonai dažniausiai buvo blokuojami.

Įkrovos disbalansas tarp abiejų pusių buvo toks stiprus, kad tyrėjai apskaičiavo, jog vienas kvadratinis membranos metras, kuriame viename kvadratiniame centimetre yra milijonai porų, galėtų generuoti apie 30 megavatvalandžių per metus. To pakanka tris namus aprūpinti elektros energija.

Tačiau sukurti net pašto ženklo dydžio plėvelę pasirodė neįmanoma – nes niekas nesugalvojo, kaip padaryti, kad visi ilgi ir ploni BNNT išsidėstytų statmenai membranai. Iki šiol.

Neseniai Medžiagų tyrimų draugijos pusmetiniame susitikime mechanikos inžinieriaus Jerry Wei-Jen Shano laboratorijos doktorantas iš Rutgerso universiteto (JAV) Semihas Cetindagas pranešė, kad jų komandai pavyko įveikti šį galvosūkį.

Anot S.Cetindago, nanovamzdelius buvo lengva sukurti – laboratorija tiesiog nusipirko juos iš cheminių medžiagų tiekimo įmonės. Tada mokslininkai juos sudėjo į polimerą, kuris buvo paskleistas į 6,5 mikrometro storio plėvelę. Norėdami orientuoti atsitiktinai išsibarsčiusius vamzdelius, tyrėjai norėjo panaudojo magnetinį lauką, tačiau susidūrė su problema: BNNT nėra magnetiniai.

Bet mokslininkai rado išeitį: neigiamai įkrautus vamzdelius nudažė teigiamai įkrauta danga. Susidariusios molekulės buvo per didelės, kad tilptų BNNT viduje, todėl šių kanalai liko atviri. Tada S.Cetindagas į mišinį pridėjo neigiamai įkrautų magnetinių geležies oksido dalelių, kurios prilipo prie teigiamai įkrautos dangos.

Tai Rutgerso komandai suteikė svertą, kurio jai reikėjo. Pritaikę magnetinį lauką, mokslininkai galėjo manevruoti vamzdelius taip, kad dauguma jų išsidėstytų skersai polimero plėvelės. Tada mokslininkai panaudojo ultravioletinę šviesą ir polimeras buvo sukietintas, viskas buvo užfiksuota. Galiausiai komanda plazmos spinduliu nušlifavo dalį medžiagos nuo viršutinio ir apatinio membranos paviršiaus, kad vamzdeliai būtų atviri abiejose pusėse. Galutinėje membranoje viename kubiniame centimetre buvo apie 10 milijonų BNNT.

Kai mokslininkai savo sukurtą membraną įdėjo į nedidelį indą, atskiriantį sūrų ir gėlą vandenį, ji pagamino keturis kartus daugiau energijos, tenkančios vienam plotui, nei ankstesnis prancūzų komandos BNNT eksperimentas. J.W-J.Shanas sako, kad šis galios padidėjimas greičiausiai susijęs su tuo, kad jų panaudoti BNNT yra siauresni, todėl geriau pašalina neigiamai įkrautus chlorido jonus.

Ir mokslininkai įtaria, kad gali pasiekti dar geresnių rezultatų. „Mes neišnaudojame viso membranų potencialo, – sako Cetindagas. Taip yra todėl, kad tik 2 proc. BNNTS po apdorojimo plazma iš tikrųjų buvo atviri abiejose membranos pusėse. Dabar tyrėjai savo kuriamose plėvelėse bando padidinti atvirų porų skaičių – ir tai vieną dieną galėtų suteikti seniai lauktą postūmį „mėlynosios energijos“ šalininkams.

Parengta pagal Science.org

UAB „Lrytas“,
A. Goštauto g. 12A, LT-01108, Vilnius.

Įm. kodas: 300781534
Įregistruota LR įmonių registre, registro tvarkytojas:
Valstybės įmonė Registrų centras

lrytas.lt redakcija news@lrytas.lt
Pranešimai apie techninius nesklandumus pagalba@lrytas.lt

Atsisiųskite mobiliąją lrytas.lt programėlę

Apple App Store Google Play Store

Sekite mus:

Visos teisės saugomos. © 2024 UAB „Lrytas“. Kopijuoti, dauginti, platinti galima tik gavus raštišką UAB „Lrytas“ sutikimą.