En molybdenmembran som kun er tre atomer tykk kan slippe gjennom saltioner og skape spenningsforskjell. (Bilde: Steven Duensing / National Center for Supercomputing Applications, University of Illinois, Urbana-Champaign)

SALTKRAFT

En kvadradmeter av membranen kan levere en megawatt

Slik vil forskerne lage strøm av saltvann og ferskvann.

Å generere strøm ved hjelp av osmose er en gammel idé, som blant annet ble utforsket av Statkraft for noen år siden.

Verdens første saltkraftverk ble åpnet på Tofte utenfor Hurum i 2009. I 2014 ble prototypeanlegget lagt ned på grunn av dårlige utsikter til lønnsomhet.

Sveitsiske forskere ved laboratoriet for nanoskalabiologi ved den føderale polytekniske skolen i Lausanne (EPFL) har sammen med forskere ved universitetet i Illinois utviklet en metode som med tiden kan tenkes å være mer kostnadseffektiv.

Osmose er kort sagt å utnytte den kjemiske potensialforskjellen mellom to løsninger.

På grunn av forskjellen i kjemisk potensial mellom saltvann og ferskvann, vil saltvann trenge gjennom en membran til ferskvannsiden. Prosessen vil foregå til potensialet er utlignet.

Diagram over oppsettet til systemet.
Diagram over oppsettet til systemet. Foto: Single-layer MoS2 nanopores as nanopower generators, Jiandong Feng et al.

Ingen turbiner

Til forskjell fra Statkraft-prosjektet, benytter EPFL-forskerne ikke trykket i seg selv til å drive en turbin som produserer strøm.

I stedet er det selve osmosen som genererer elektrisitet. De har utviklet en membran av molybdendisulfid (MoS2) med en nanopore som slipper gjennom saltioner. 

Membranen er tre atomer tykk, eller 0,65 nanometer.

Membranen slipper gjennom kationer, mens det stopper de fleste anioner. Dermed skapes en spenningsforskjell, som gjør den ene siden positivt ladet, og den andre negativt ladet.

Spenningsforskjellen gjør at elektroner passerer over til andre siden via elektroder av sølv og sølvklorid, til en ytre elektrisk krets, som kan drive en elektrisk last. Det fungerer på sett og vis som et batteri.

Prosessen foregår helt til vannet på begge sider av membranen har samme saltkonsentrasjon.

Hull og tykkelse er nøkkelen

Trikset er å finne ut hvor stor nanoporen i membranen må være. Et for stort hull vil la anioner passere, slik at spenningen blir for lav. 

Forsøk har vist at hull med en diameter på fem nanometer fungerer best.

I tillegg påvirker tykkelsen til membranen spenningen. Er den for tykk, får man for lav spenning.

Siden den aktuelle membranen bare er tre atomer tykk, oppnår forskerne lovende resultater med stort potensiale.

Teoretisk effekt på en megawatt

De har regnet seg frem til at en membran på en kvadratmeter, med 30 prosent av overflaten dekket av nanoporer, teoretisk burde kunne produsere en effekt på en megawatt. 

Materialene til membranen skal dessuten være relativt enkel å fremstille, slik at det er tenkelig at teknologien lar seg skalere opp til industriell skala. MoS2 er enkelt å få tak i, eller kan fremstilles ved avdamping.

Det er imidlertid en utfordring å lage membraner, ettersom man ikke bare trenger materialet, men også må utvikle en metode å distribuere nanoporer jevnt over hele membranen.

Kun én pore

Inntil videre har de imidlertid bare demonstrert konseptet med én enkelt nanopore. Denne har levert strøm nok til å drive én nanotransistor. 

En enkelt pore leverer 28 nanoampere, og faller over en time til 22 nanoampere. Små strømstyrker, med andre ord. En ampere er en milliard nanoampere. Spenningen ligger på rundt mellom 0,07 og 0,3 volt. 

Selv mener forskerne at resultatene visert at MoS2-nanoporer kan være en god kandidat til strømproduksjon. De tror også at forskningen kan bidra til avsalting av saltvann, eller protontransport.

På sikt kan det tenkes at slike konsepter kan produsere fornybar energi døgnet rundt. Man vil typisk kunne dra nytte av teknologien steder hvor ferskvann renner ut i havet.

En artikkel er publisert i journalen Nature. Den kan imidlertid sees på EPFLs nettsider (PDF).

Få med deg «Nordic EV Summit 2017» den 7. februar 2017.

Kommentarer (10)

Kommentarer (10)