Forskare vid EPFL har skapat ett nytt membran med lipidbelagda nanoporer som ökar effektiviteten i produktionen av blå energi från blandningen av saltvatten och sötvatten. Innovationen gör att joner passerar igenom smidigare och genererar upp till tre gånger mer effekt än befintliga teknologier. Detta framsteg kan göra osmotisk energi till en mer genomförbar förnybar källa.
Blå energi, eller osmotisk energi, utvinner el från den naturliga blandningen av saltvatten och sötvatten. Joner från saltvattnet rör sig genom ett jon-selektivt membran mot sötvattnet och skapar en spänning som kan omvandlas till effekt. Tidigare system har dock kämpat med långsam jontransport och dålig laddningsseparation i membranen. Ett team från Laboratory for Nanoscale Biology vid EPFL:s School of Engineering, ledd av Aleksandra Radenovic, tog itu med dessa problem genom att belägga nanoporer med lipidmolekyler. Dessa beläggningar bildar liposomer som minskar friktionen inuti porerna. De hydrofila huvuden i lipidbilagren drar till sig ett tunt lager vatten som förhindrar direkt jonontakt med porens yta och möjliggör smidigare passage. Forskarna tillverkade ett kiselnitridmembran med 1 000 stalaktitformade nanoporer i ett hexagonalt mönster. Tester under förhållanden som simulerar blandning av havsvatten och flodvatten gav en effekt densitet på 15 watt per kvadratmeter – två till tre gånger högre än nuvarande polymermembranteknologier. ”Vårt arbete kombinerar styrkorna hos två huvudmetoder för osmotisk energiskörd: polymermembran, som inspirerar vår högporösa arkitektur; och nanofluidiska enheter, som vi använder för att definiera starkt laddade nanoporer,” sade Radenovic. Resultaten, publicerade i Nature Energy, involverade också bildstöd från EPFL:s Interdisciplinary Centre for Electron Microscopy. Forskaren Tzu-Heng Chen vid LBEN noterade: ”Genom att visa hur precis kontroll över nanoporgeometri och ytegenskaper kan omforma jontransporten fundamentalt förflyttar vår studie blåenergiforskningen bortom prestandatestning och in i en verklig designepok.” Första författaren Yunfei Teng belyste den bredare potentialen: ”Det förbättrade transportbeteendet vi observerar, drivet av hydratationssmörjning, är universellt och samma princip kan utvidgas bortom blåenergienheter.” Denna utveckling kombinerar skalbar membrandesign med precis nanofluidisk ingenjörskonst och främjar osmotisk energi mot praktiska tillämpningar.”,
