Kulstoffri energi fra havvand er nu et skridt nærmere

Forskere ved McGill University har demonstreret en teknik, der kunne muliggøre produktion af robuste, højtydende membraner til at udnytte en rigelig kilde til vedvarende energi.

Blå energi, også kendt som osmotisk energi, udnytter den energi, der naturligt frigives, når to opløsninger af forskellig saltholdighed blandes – forhold, der opstår utallige steder rundt om i verden, hvor ferskvand og saltvand mødes.

Nøglen til at fange blå energi ligger i selektivt permeable membraner, som tillader kun én bestanddel af en saltvandsopløsning at passere igennem - enten vandmolekylerne eller de opløste saltioner - men ikke den anden.

Et skalaproblem

Til dato, store blå energi-projekter som Norges Statkraft-kraftværk er blevet hæmmet af den dårlige effektivitet af eksisterende membranteknologi. I laboratoriet, forskere har udviklet membraner fra eksotiske nanomaterialer, der har vist meget lovende i forhold til mængden af ​​strøm, de kan generere i forhold til deres størrelse. Men det er fortsat en udfordring at omdanne disse forsvindende tynde materialer til komponenter, der er store nok og stærke nok til at opfylde kravene fra den virkelige verden.

I resultater for nylig offentliggjort i Nano bogstaver , et hold af McGill-fysikere har demonstreret en teknik, der kan åbne vejen til at overvinde denne udfordring.

"I vores projekt vi havde til formål at afhjælpe det iboende mekaniske skrøbelighedsproblem, mens vi udnyttede den exceptionelle selektivitet af tynde 2D-nanomaterialer ved at fremstille en hybridmembran lavet af hexagonale bornitrid (hBN) monolag understøttet af siliciumnitridmembraner, " forklarede hovedforfatter Khadija Yazda, en postdoc ved Institut for Fysik på McGill.

McGill-fremstillet værktøj letter forskning

For at opnå den ønskede karakteristik af selektiv permeabilitet, Yazda og hendes kolleger brugte en teknik udviklet hos McGill kaldet tip-controlled local breakdown (TCLB) til at "bore" flere mikroskopiske huller, eller nanoporer, i deres membran. I et forskud på tidligere forskning, der fokuserede på eksperimentelle prototyper med en enkelt nanopore, McGill-teamet var i stand til at udnytte hastigheden og præcisionen af ​​TCLB til at forberede og undersøge membraner med flere nanoporer i forskellige konfigurationer af porestørrelse, antal og mellemrum.

"Vores eksperimenter med pore-pore-interaktion i nanopore-arrays viser, at den optimale membranselektivitet og overordnede effekttæthed opnås med en poreafstand, der afbalancerer behovet for høj poretæthed, samtidig med at en stor grad af ladet overflade (≥ 500nm) der omgiver hver pore opretholdes. , " sagde Yazda.

Efter at have produceret et array på 20 gange 20 porer på en membranoverflade på 40µm² i størrelse, forskerne siger, at TCLB-teknikken kunne bruges til at producere meget større arrays.

"Et naturligt næste skridt for denne forskning er at forsøge at opskalere denne tilgang, ikke kun til storskala kraftværker, men også i nano- eller mikrokraftgeneratorer, " sagde Yazda.