Koolstofvrije energie uit zeewater nu een stap dichterbij

Onderzoekers van McGill University hebben een techniek gedemonstreerd die de productie van robuuste, hoogwaardige membranen mogelijk maakt om een ​​overvloedige bron van hernieuwbare energie te benutten.

Blauwe energie, ook wel osmotische energie genoemd, profiteert van de energie die van nature vrijkomt wanneer twee oplossingen van verschillende zoutgehaltes zich vermengen – omstandigheden die voorkomen op talloze locaties over de hele wereld waar zoet en zout water samenkomen.

De sleutel tot het vangen van blauwe energie ligt in selectief permeabele membranen, die slechts één bestanddeel van een zoutwateroplossing doorlaten – ofwel de watermoleculen of de opgeloste zoutionen – maar niet het andere.

Een schaalprobleem

Tot op heden werden grootschalige blauwe energieprojecten, zoals de Noorse Statkraft-energiecentrale, belemmerd door de slechte efficiëntie van de bestaande membraantechnologie. In het laboratorium hebben onderzoekers membranen ontwikkeld van exotische nanomaterialen die veelbelovend zijn in termen van de hoeveelheid stroom die ze kunnen genereren in verhouding tot hun grootte. Maar het blijft een uitdaging om van deze verdwijnend dunne materialen componenten te maken die groot genoeg en sterk genoeg zijn om aan de eisen van praktijktoepassingen te voldoen.

In resultaten die onlangs zijn gepubliceerd in Nano Lettersheeft een team van McGill-fysici een techniek gedemonstreerd die de weg kan openen om deze uitdaging te overwinnen.

“In ons project wilden we het inherente mechanische kwetsbaarheidsprobleem verhelpen door gebruik te maken van de uitzonderlijke selectiviteit van dunne 2D-nanomaterialen door een hybride membraan te fabriceren dat is gemaakt van hexagonale boornitride (hBN) monolagen ondersteund door siliciumnitridemembranen”, legt hoofdauteur Khadija Yazda uit, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling natuurkunde van McGill.

Door McGill gemaakte tool vergemakkelijkt onderzoek

Om de gewenste eigenschap van selectieve permeabiliteit te bereiken, gebruikten Yazda en haar collega’s een bij McGill ontwikkelde techniek genaamd tip-controlled local breakdown (TCLB) om meerdere microscopisch kleine gaatjes of nanoporiën in hun membraan te “boren”. In een vooruitgang op eerder onderzoek dat zich richtte op experimentele prototypes met een enkele nanoporie, was het McGill-team in staat om de snelheid en precisie van TCLB te benutten om membranen met meerdere nanoporiën voor te bereiden en te onderzoeken in verschillende configuraties van poriegrootte, aantal en tussenruimte.

“ Onze experimenten met de interactie tussen poriën en poriën in nanoporie-arrays laten zien dat de optimale membraanselectiviteit en algehele vermogensdichtheid worden verkregen met een poriënafstand die de behoefte aan een hoge poriedichtheid in evenwicht houdt, terwijl een groot deel van het geladen oppervlak (≥ 500 nm) rond elke porie wordt behouden , ‘Zei Yazda.

Na met succes een array van 20 bij 20 poriën te hebben geproduceerd op een membraanoppervlak van 40 µm², zeggen de onderzoekers dat de TCLB-techniek kan worden gebruikt om veel grotere arrays te produceren.

“Een logische volgende stap voor dit onderzoek is om te proberen deze aanpak op te schalen, niet alleen voor grootschalige energiecentrales, maar ook voor nano- of microstroomgeneratoren,” zei Yazda.