nanotüpler ile elektrik yeni kaynak?

Tuzlu su nanotüpler tarafından elektrik kaynağına dönüştü

Ne kadar küçük olursa, etki o kadar büyük olur! Bu paradoks, Grenoble'daki Lyon Üniversitesi ve Instité Néel'den (CNRS) bir ekip tarafından henüz gözlemlendi. Nature of 28 February dergisinde, bu araştırmacılar, geçirgen olmayan bir membrandan birkaç on nanometreyi delmenin, bu mini kanaldaki kimyasal türlerin taşınması üzerinde beklenmeyen ve önemli etkileri olabileceğini göstermektedir.
Özellikle, bu cihazı potasyum klorür içeren bir tuzlu su tankına batırmak, duvarın her iki tarafındaki pozitif (potasyum bağlı) ve negatif (klor ile ilgili) yüklerin etkili bir şekilde ayrılmasını mümkün kılar. Bir elektrik akımı daha sonra geri kazanılabilir.

CNRS profesörü Lydéric Bocquet, "Bu sonucu santimetrekare başına milyarlarca bu tür tüplerle delinmiş bir zara tahmin edersek, mevcut ozmotik enerji cihazlarından 100 ila 1 kat daha fazla elektrik gücü elde ederiz", Lyon'daki Institut Lumière Matière'de. Deniz suyundan veya tuzlu bataklıklardan enerji kazanmaya yetecek kadar.

Aslında, bu araştırmacılar su geçirmez silikon nitrür membranlarını doğrudan delmiyorlar. Boşluğu bir karbon conta ile "mühürlemeden" önce daha büyük bir deliğin içine yerleştirdikleri bir nanotüp kullanırlar.

Paris-VII Üniversitesi Matter ve karmaşık sistemler laboratuvarı yöneticisi Loïc Auvray, "Yapması çok zor! Ve sonuç çok güzel" diye tahmin ediyor. Bu hassas tekniğin başlangıçta tek bir küçük kanalda oynanmakta olan fenomenin incelenmesine izin veren bir cihaz inşa etmesi amaçlanmıştı.

PATENT MEVDUATI

Lydéric Bocquet, "Önceki deneyler, hızlı gaz nakli gibi birkaç karbon nanotüp ile şaşırtıcı etkiler göstermiştir. Ancak neler olduğunu tam olarak anlamak için tek bir tüp üzerinde çalışmamız gerekiyordu," diyor Lydéric Bocquet. bildiğimiz akışkanlar mekaniği denklemlerinin bu nano ölçekten farklı olduğu. "

Karbon tüplerle yapılan ilk testler başarısız oldu. Araştırmacılar daha sonra sürecin işlediği bor nitrürü kullanıyor. Ve bu sürpriz. Elektrik yüklerinin neden bu kadar iyi dolaştığını şimdi anladığını düşünen Lydéric Bocquet, "Kafamız karışmıştı ve ölçümlerimizi doğrulamak zaman aldı" diyor.

Suyun varlığında, bor nitrür duvarları, pozitif yüklü potasyumun su ile drenajını destekleyen negatif elektrik yükleriyle kaplanır. Bütünün küçük bir kalınlığı olan bir mikrometre, iki hazne arasındaki konsantrasyon gradyanını daha önemli kılar, dolayısıyla etki daha muhteşemdir.

Bir patent başvurusunda bulunan ekip, şimdi birkaç nanometrik kanalın geçtiği bir duvar üretmeyi planlıyor; bu yeni bir süreç gerektirir. Belki o zaman bir ampulü yalnızca bir tuzlu su banyosundan yakabilir. Lydéric Bocquet için, "enerji açısından alternatif yollar bulmalıyız. Ve keşfedilmemiş caddelerde çalışmak çok daha teşvik edici".

David Larousserie

100'in 1'in elektrik gücünü mevcut osmotik enerji cihazlarından daha fazla alıyoruz

Bu sonucu, santimetrekare başına milyarlarca borunun atılım membranına ekpolasyon edersek,

chatelot16 yazdı:Osmoz sistemi mükemmel değildir, biraz daha iyi yapmak mümkün olur ... ama 100 veya 1000 kat daha fazla teorik maksimum aşarız ve kalıcı bir hareket yapabiliriz

1000'in osmozdan daha fazla katı ile biri büyük oranda tuzdan arındırma fabrikası beslenir ve biri yeniden başlar!

Ozmozda doğa ile elektrik

Bugün osmoz prensibine göre, dünyada tuzlu su ile tatlı su arasındaki evlilikten yararlanarak elektrik üretecek olan ilk tesis olan Tofte'de Norveç kuruldu. Oslofjord'un bankaları hakkında rapor ve bu yenilenebilir enerji kaynağı ve% 100 çevre için temiz

Bugün Norveç'in başkentine 58 km uzaklıkta bulunan Oslofjord mezarı Tofte'de, Prenses Mette-Marti, dünyanın her yerinde bu fenomenden yararlanan dünyanın ilk elektrik santrali açılışını yaptı. vücudumuzdaki gibi bitkiler.
.........

1990'lardaki teknolojik gelişmeler göz önüne alındığında, soruyu yeniden incelemeye değerdi ”diyor Stein Erik Skilhagen. Statkraft'taki Osmosis Power bölümünün başkanı ve meslektaşları, mevcut malzemeleri (selüloz asetat, sentetik polimerler) kullanarak 2 veya 3 W / m2'lik yüksek performanslı membranlar ürettiler. Bu daha iyi. Ama henüz tatmin edici değil. “6 W / m2'lik çubuk çok önemli, Science & Vie dergisinde Avrupa membranlar Enstitüsü yöneticisi Gérald Pourcelly'yi analiz ediyor. Bir laboratuar deneyinden rekabetçi olması muhtemel bir teknolojiye geçeceğiz. " Ne olursa olsun, Norveçli mühendisler bir gösteri istasyonu inşa etmeye karar verdiler.

Tofte'de, bütün büyük bir dairenin hacminde, çok nemli. Birinci katta, iki yakındaki bir gölden tuzlu ve tatlı su erişimi. Kağıt gibi ince olan zarlar, 30 m2'in gaz tüpleri gibi görünen ve yaklaşık altmış (modül) olarak adlandırılan kesimleriyle yuvarlanır. Stein Erik Skilhagen, “Toplamda, 2000 membran m2'e sahibiz” diyor. Her iki su türü de modüllere ayrı bir şekilde girmekte, ozmotik işlemden geçmekte ve tuzlu su çıkışındaki hacmi arttırmaktadır. Böylece "aktarılan" fazla sıvı daha sonra pencerenin arkasına dönen küçük bir türbine atılır. "Bununla beraber, 2 kWh elektrikte 3 üreteceğiz. Bir kahve makinesinin çalışmasını sağlayan şey. "Fakat önemli olan, fizibilite miktarından daha az miktardır.

“Bugüne kadar hiç kimse gerçek koşullarda bu yöntemle elektrik üretemedi. Bugün, baskı büyük, ”diyor Stein Erik Skilhagen, herhangi bir amaç için tasarlanmamıştır. "On yıl önce, Statkraft bu 20-25 milyon projeyle risk aldı." Özellikle de "Tofte, Norveç'in en kötü yerlerinden biri olduğundan; Burada, tatlı su tarımdan gelen küçük organik parçacıkları içerir. Ancak fikir burada işe yararsa, her yerde uygulanabilir. " Bu parçacıkların büyüklüğü yaklaşık bir mikrondur. Teknisyenler, membranların gözeneklerini tıkamalarını önlemek için bir ana filtre sistemi kurmak zorunda kaldılar. “Onları günde bir kez, bazen klorlu, ancak doğaya zarar vermeden temizlememiz gerekiyor.”

Statkraft mühendisleri zaten daha fazlasını görüyorlar. 2015 tarafından, bu sefer 25 megawatt (MW) 'lık bir “pilot istasyon” geliştirmeyi planlıyorlar, bu sefer 1000, Tofte'den bir kat daha fazla ve bir kömür fabrikasına göre (1000 MW) . Bunu yapmak için, 5 milyon m2 membranının kullanılması gerekli olacaktır. Stein Erik Skilhagen'in optimize etmek için çalıştığı membranlar: "Elimizdeki tüm unsurlara sahip olduğumuzu düşünüyoruz. Ancak, bir bulmaca gibi, üretim parametrelerinin doğru kombinasyonunu bulmalısınız. Özellikle difüzyon akışlarıyla ilgili ".

Araştırmacılar ayrıca yeni materyalleri de test ediyorlar. bir polimere emdirilmiş benzer karbon nanotüp tabakaları. Stein Erik Skilhagen'e göre, bilim topluluğu bu alanda, özellikle de Oasys şirketinin hızlı bir ilerleme kaydettiği Amerika Birleşik Devletleri'nde daha aktif durumda. "Bugün çok fazla izleyeceğiz. Gösterimizin, teknolojinin de kanıtlandığı Japonya'ya, dünya çapında tetikleyici bir etkinlik olması muhtemel. ”
...................

........
Bu nedenle, bor azot nanotüpleri salin gradyanlarında bulunan enerjinin doğrudan kullanılabilir elektrik enerjisine son derece verimli bir şekilde dönüştürülmesini mümkün kılar. Bu sonuçların daha büyük bir ölçeğe eklenmesiyle, bir bor borusu nanotüpün bir 1 metrekarelik membranı, yaklaşık olarak 4 kW kapasiteye sahip olacak ve yılda 30 MegaWatts.'a kadar üretim kapasitesine sahip olacaktır. Bu performanslar, günümüzde hizmet veren prototip ozmotik santrallerin performanslarından üç kat daha yüksek. Araştırmacılar şimdi bor-nanotüp nanotüplerinden oluşan zarların üretimini incelemek ve farklı kompozisyondaki nanotüplerin performansını test etmek istiyor.

............

Nanotüpler haliç ozmotik enerjisinden en iyi şekilde yararlanmak için

Osmotik enerji biliyor musun? Deniz suyu ile tatlı su arasındaki tuzluluk farkından sömürülebilir enerjiyi belirler, bu iki su yarı geçirgen bir zarla ayrılır. Deneyim. Bir tuzlu su tankı ve bir tatlı su tankını uygun yarı geçirgen membranlarla temas ettirin. Daha sonra, tuzlu degradelerden iki farklı şekilde elektrik üretmek mümkündür. Birincisi, iki tank arasındaki ozmotik basınç farkını kullanır, bu fark türbini çevirmeyi mümkün kılar. İkincisi, sadece iyonları geçen zarları kullanmaktır. Nehirlerin ağzında yoğunlaşan bu ozmotik enerjinin teorik kapasitesinin açıkça dev olduğu açıktır. En azından 1 nükleer reaktörlerinin eşdeğeri olan 1.000 Terawat'tan bahsediyoruz. Evet, ancak bu teknolojinin bu ozmotik enerjiyi geri kazanması için elde ettiği performans, metrekare başına 3 Watt sırasına göre hala çok düşük.



Deneyin şematik diyagramı: Suyun bir zar ötesi bor-nanotüp nanotüp içinden ozmotik taşınması incelenmiştir. Kredi: Laurent Joly (ILM)

Bu nedenle, Enstitü Lumière Matière (CNRS / Üniversite Claude Bernard Lyon 1) fizikçilerinin Néel Enstitüsü (CNRS) ile işbirliği içinde yaptıkları ve sonuçları Nature dergisinde çıkarılan Nature dergisinde yayınlanan çalışmaların ilgisi 28 şubat. Biyoloji ve hücresel kanallar üzerinde yapılan araştırmalardan esinlenerek bir ilke: tek bir nanotüpten geçen ozmotik akışı ölçmek için Bunu yapmak için, geçirimsiz ve elektriksel olarak yalıtıcı bir zardan oluşan deneysel bir cihaz kullandılar. membran, araştırmacıların birkaç on nanometre dış çapı olan bir nanotüp bor azotu geçirdiği tek bir delikle delinir. Bu yüzden, bu kuvvet seviyesini elde etmek için bir tünel mikroskobunun ucunu kullandılar. Ardından, zardan akan elektrik akımını ölçmek için nanotüpün iki tarafındaki sıvıya iki elektrot daldırmaya devam edildi. Bu, bu ozmotik enerjiyi geri kazanmaya çalışmak için kullanılan diğer mevcut yöntemlerin ürettiği binden fazla kez, nano amper seviyesindendir.

Eğer bu araştırmacılar tarafından elde edilen sonuçları daha büyük bir ölçekte tahmin ederse, bir 1 m2 azot-azot nanotüp membranı yaklaşık 4 KW kapasiteye sahip olur ve yılda 30 MW saate kadar üretebilir. Halihazırda hizmet vermekte olan prototip ozmotik santraller tarafından elde edilenlerden üç kat daha büyük performans sergileyin. Şu anda araştırmacılar, bu nanotüplerden bor-nitrojenden yapılan zarların üretimini ve farklı bileşimdeki nanotüplerin performansını paralel olarak test edeceklerdir.