تولید برق از آب اقیانوس با استفاده از نانوحفره

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر یک نگرانی کلیدی برای دانشمندان، رهبران سیاسی و جوامع است، زیرا جهان با واقعیت‌های تغییرات آب و هوایی و محدودیت‌های منابع طبیعی زمین روبرو شده است. 

برخی از مردم در مورد اسمز به عنوان یک اصطلاح علمی اطلاعاتی دارند که آن را هم مجبور شدند در کلاس زیست‌شناسی مدرسه ابتدایی یاد بگیرند. با این حال، حرکت خود به خودی یون‌ها یا مولکول‌های محلول از طریق یک غشای نیمه تراوا زمانی که اختلاف غلظت بین دو طرف وجود دارد می‌تواند برای تولید الکتریسیته استفاده شود. خوشبختانه، اقیانوس‌ها مملو از آب شور هستند که ممکن است برای کاهش تقاضای روزافزون بشریت برای انرژی مورد استفاده قرار گیرد. با این حال، برای اینکه این غشا عملی باشد، باید بسیار نازک و بسیار گزینشی باشد تا اجازه عبور یون‌ها، اما نه مولکول‌های آب، را بدهد.

یک تیم تحقیقاتی به رهبری دانشگاه اوزاکا از فناوری پردازش نیمه‌هادی مرسوم برای کنترل دقیق ساختار و آرایش نانوحفره‌ها در یک غشای سیلیکونی بسیار نازک استفاده کرده است. از آنجایی که این روش‌های ساخت ده‌ها سال است که وجود داشته است، هزینه‌ها و پیچیدگی‌های طراحی به حداقل رسیده است. علاوه‌بر این، اندازه و محل منافذ را می‌توان دقیق کنترل کرد.

ماکوسو سوتسویی نویسنده اول مقاله مربوط به این پروژه می‌گوید: «هرگاه وضعیت غیرتعادلی وجود داشته باشد، مانند دو مخزن آب با غلظت‌های مختلف نمک، اغلب فرصتی برای استفاده از این انرژی ترمودینامیکی و تبدیل آن به الکتریسیته وجود دارد.»

با استفاده از یک نانوحفره با اندازه ۲۰ نانومتر، این دستگاه به حداکثر بازده انرژی ۴۰۰ کیلووات بر متر مربع رسید. با این حال، محققان دریافتند که افزودن بیش از حد نانوحفره به غشاء در واقع توان خروجی را کاهش می‌دهد. پیکربندی بهینه حفره و نانوحفره‌های ۱۰۰ نانومتری که در شبکه‌ای با فاصله یک میکرومتر چیده شده‌اند، چگالی توان اسمزی ۱۰۰ وات بر متر مربع را ارائه می‌دهد.

بنابر اعلام نانو ایران، این دستاورد یک گام مهم در درک چگونگی طراحی دستگاه‌های نانوحفره برای تولید برق بود. توموجی کاوای، نویسنده ارشد این مقاله می‌گوید: «بسیاری از گروه‌های تحقیقاتی دیگر وعده انرژی سبز دوست‌دار محیط‌زیست را می‌دهند، اما ما یک گام فراتر می‌رویم و انرژی آبی مبتنی بر آب اقیانوس را پیشنهاد می‌کنیم که می‌تواند در مقیاس صنعتی به کار رود.»