Ранние эксперименты с получением электроэнергии с помощью осмоса чаще всего не выходили за рамки химических лабораторий. Ученые понимали, что в теории создать генератор на основе воды разной солености можно. Для этого два резервуара с соленой и пресной жидкостью нужно разделить полупроницаемой мембраной.
Обычно для выработки электроэнергии требовалась мембрана с крошечными отверстиями — настолько маленькими, что для прохождения жидкости сквозь нее требовалось мощное давление. Адаптировать идею для массового применения исследователям долгое время не удавалось, но решение смогла найти группа ученых из Китая.
Китайские исследователи решили использовать «двуликий» материал, также известный как материал Януса. С его помощью они создали трехмерную мембрану, каждая из сторон которой обладает разным размером отверстий и разным зарядом. Такая конструкция позволяет частицам двигаться строго в заданном направлении и не отскакивать назад. Как сообщает Phys.org, общая толщина мембраны доходит до 11 мкм, а диаметр отверстий варьируется от 8 до 17 нм.
Полученная система осмоса генерирует до 2,66 ватт на квадратный метр с КПД 35,7%.
В ходе эксперимента китайские ученые запустили калькулятор, используя в качестве источника энергии воду разной степени солености, разделенную мембраной. Авторы исследования, опубликованного в Science Advances, подчеркивают, что по эффективности такая система сопоставима с некоторыми ветрогенераторами. А в сравнении с солнечными панелями осмос даже эффективнее.
Исследователи планируют создавать мембраны более крупного размера, которые смогут работать в открытом море. Если устройство докажет эффективность в полевых условиях, то уже через несколько лет системы осмоса будут обеспечивать чистой энергией отдаленные регионы, у которых нет доступа к электричеству.
Подобные проекты уже известны — так в Норвегии в 2009 году компания Statkraft запустила экспериментальную осмотическую электростанцию. Однако проект оказался слишком затратным, поэтому его разработку прекратили в 2013 году.
Усовершенствованные технологии создания мембран открывают новые возможности не только для выработки электроэнергии, но и для опреснения воды. Летом американские ученые представили метод 3D-печати для производства наномембран. Они позволят проводить обратный осмос и опреснять воду дешево и эффективно.
