Учёные придумали новый метод выработки энергии из воды

Теоретически прибрежная «солевая» электростанция, пропускающая через себя 50 кубометров речной воды в секунду, может развивать мощность в 100 мегаватт. На снимке — устье Амазонки (фото NASA).

Хитроумно подобранные материалы для электродов способны эффективно генерировать электрический ток из чередования потоков пресной и солёной воды.

Устья рек, впадающих в моря и океаны, потенциально могли бы обеспечить мир гигантским количеством энергии, сопоставимым с выработкой всех обычных электростанций. Однако КПД систем, опирающихся на разность в солёности речной и морской воды, пока невысок. Так, первая осмотическая электростанция, построенная полтора года назад в Норвегии, генерирует сущие крохи энергии и служит не столько серьёзным промышленным объектом, сколько опытной площадкой для совершенствования технологии.

А вот специалисты из Стэнфорда (Stanford University) считают, что для прорыва в данной области нужно отказаться от попыток впрячь осмос и обратиться к другому способу. В основе их генератора — два электрода, один из которых притягивает положительно заряженные ионы натрия, а второй отрицательные ионы хлора.

Цикл начинается (смотрите рисунок внизу), когда между этими пластинами пропускают пресную воду. Прикладывая к электродам небольшое напряжение, можно вынудить ионы из электродов перейти в воду.

Схема рабочего цикла новой установки. Пояснения в тексте (иллюстрация Yi Cui).

Второй шаг — пресная вода заменяется на морскую. Концентрация соли в ней намного выше, и ионы начинают быстро насыщать электроды. Так создаётся разность потенциалов и генерируется ток (это третий шаг).

Четвёртый шаг: насыщенные ионами электроды больше не отдают энергию, отработанная морская вода удаляется, а на её место вновь закачивается речная. При помощи скромного напряжения электроды вновь освобождаются от ионов, чтобы можно было замкнуть круг. (К слову, сходное циклическое изменение концентрации ионов предлагал использовать для выработки тока из воды один итальянский исследователь).

Technology Review сообщает, что группа учёных из Стэнфорда сумела извлечь 74% потенциальной энергии, которая заложена «на стыке» морской и пресной воды. При этом аппарат не выказывал никакого снижения производительности даже после 100 циклов. (В эксперименте использовалась вода из Тихого океана и высокогорного озера Donner.) По мнению авторов устройства, размещение электродов ближе друг к другу позволит такой «батарее» достичь эффективности в 85%.

Для извлечения энергии из воды новым методом исследователи применили в качестве положительного электрода наностержни из диоксида марганца. Они обладают очень большой площадью поверхности, быстро принимают и отдают ионы натрия в ходе цикла.

Для связывания отрицательно заряженных ионов хлора учёные использовали серебряный электрод. Последнее решение, правда, далеко не самое лучшее. Помимо высокой стоимости серебра, которая препятствует масштабированию системы, имеется проблема попадания серебра в воду — в больших количествах этот металл токсичен. Авторы системы намерены подыскать ему замену, хотя отмечают, что это будет непросто.

Они также указывают, что в качестве пресной воды для системы подойдёт не только чистая речная вода, но даже ливневые и сточные воды. Если удастся построить такой работающий пилотный комплекс, он открыл бы заманчивые перспективы в плане выработки энергии для городов, расположенных на берегах морей и океанов.