Мегаватты из воды
Хитроумно подобранные материалы для электродов способны эффективно генерировать электрический ток за счет чередования потоков пресной и соленой воды.
Устья рек, впадающих в моря и океаны, потенциально могут обеспечить мир гигантским количеством энергии, сопоставимым с выработкой всех обычных электростанций. Однако КПД систем, опирающихся на разность солености речной и морской воды, пока невысок. Так, первая осмотическая электростанция, построенная полтора года назад в Норвегии, генерирует сущие крохи энергии и служит не столько серьезным промышленным объектом, сколько опытной площадкой для совершенствования технологии.
Специалисты из Стэнфордского университета считают, что для прорыва в данной области нужно отказаться от попыток использовать 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 работы начинается, когда между этими пластинами пропускают пресную воду. Прикладывая к электродам небольшое напряжение, можно вынудить ионы из электродов перейти в воду. Второй шаг — пресная вода заменяется на морскую. Концентрация соли в ней намного выше, и ионы начинают быстро насыщать электроды. Так создается разность потенциалов и генерируется ток (это третий шаг). Четвертый шаг: насыщенные ионами электроды больше не отдают энергию, отработанная морская вода удаляется, а на ее место вновь закачивается речная. При помощи скромного напряжения электроды вновь освобождаются от ионов, чтобы можно было замкнуть круг.
Научно-популярный журнал Technology Review сообщает, что группа ученых из Стэнфорда сумела извлечь 74% потенциальной энергии, заложенной «на стыке» морской и пресной воды. При этом аппарат не выказывал никакого снижения производительности даже после ста циклов. По мнению авторов устройства, размещение электродов как можно 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 ученые использовали серебряный электрод. Последнее решение, по их мнению, пока далеко не самое лучшее. Помимо высокой стоимости серебра, что препятствует масштабированию системы, есть проблема попадания серебра в воду, а в больших количествах этот металл токсичен. Авторы системы намерены подыскать ему замену, хотя отмечают, что это будет непросто.
В эксперименте использовалась вода из Тихого океана и высокогорного озера Доннер в Калифорнии. Однако авторы исследования указывают: в качестве пресной воды для системы подойдет не только чистая речная вода, но и ливневые и сточные воды. Если удастся построить такой работающий пилотный комплекс, он откроет заманчивые перспективы в плане выработки энергии для городов, расположенных на берегах морей и океанов. Теоретически прибрежная «солевая» электростанция, пропускающая через себя 50 кубометров речной воды в секунду, может развивать мощность в 100 мегаватт.
