Разница солености между пресной и соленой водой может быть использована для получения возобновляемой энергии. Однако, энергетический выход при существующих методах не является достаточно высоким, чтобы их использование было целесообразным. Решение этой проблемы возможно теперь найдено. Команда ученых во главе с физиками из института Lumière Matière в Лионе, в сотрудничестве с институтом Нееля, открыли новый способ освоения этой энергии, который в тысячи раз эффективнее предыдущих: осмотический поток жидкости через нанотрубки из нитрида бора, вызывающий огромные электрические токи. Для достижения этого результата, ученые разработали новое экспериментальное устройство, которое впервые позволило им изучить осмотический перенос жидкости через одну нанотрубку.

Когда резервуар с соленой водой приводят в контакт с резервуаром пресной воды через специальную полупроницаемую мембрану, в результате осмотических явлений возможно получать электричество от разницы солености воды. Это можно сделать двумя способами: либо осмотический перепад давления между двумя резервуарами вращает турбину, или мембрана, которая пропускает только ионы может быть использована для производства электрического тока.

нанотрубки
нанотрубки

Сосредоточенный в устьях рек осмотический потенциал энергии Земли имеет теоретическую энергоемкость в 1 тераватт — эквивалент 1000 ядерных реакторов. Тем не менее, технологии, доступные для освоения этой энергии являются относительно неэффективными, производя лишь около 3 ватт на квадратный метр мембраны. Теперь ученые, возможно, нашли решение для преодоления этого препятствия. Их основной целью было изучение динамики жидкостей в нанометровых пространствах, таких как нанотрубки.

Экспериментальное устройство состояло из непроницаемой и электроизоляционной мембраны с одним отверстием, через которое исследователи, с помощью иглы сканирующего туннельного микроскопа, вставили нанотрубку из нитрида бора с внешним диаметром в несколько десятков нанометров. Два электрода, погруженных в жидкость по обе стороны нанотрубки позволили им измерить электрический ток, проходящий через мембрану.

Используя эту мембрану для разделения резервуаров соленой и пресных вод, команда смогла произвести значительный электрический ток в нанотрубке. Этот ток был получен за счет характеристик поверхности нанотрубки из нитрида бора с сильным отрицательным зарядом поверхности, который притягивал катионы, содержащиеся в соленой воде. Сила тока, проходящего через нанотрубки был около наноампера, что более чем в 1000 раз больше выхода других известных методов для получения осмотической энергии.

Таким образом, нанотрубки из нитрида бора — очень эффективное решение для преобразования энергии разницы солености воды в электрическую энергию. Если экстраполировать этих результаты, то 1м2 мембраны с нанотрубками из нитрида бора должен иметь мощность около 4 кВт и быть способным генерировать до 30 мегаватт-часов в год. Следующий шаг для исследователей будет заключаться в изучении возможностей массового производства мембран из нанотрубок нитрида бора и проверке производительности нанотрубок из других материалов.