Rez a slaná voda: Američtí vědci objevili nový způsob výroby elektřiny

Přestože má lidstvo již dlouhou dobu k dispozici řadu možností výroby elektrické energie, vědci nepřestávají v bádání a objevují stále nové metody. Američtí vědci nyní popsali zajímavý fenomén, při kterém dochází k přeměně kinetické energie slané vody tekoucí po tenké vrstvě rzi na elektřinu.

Při vzájemném působení mezi slanou vodou, či jiným roztokem, a kovovými sloučeninami často dochází ke vzniku elektrické energie, obvykle je tomu však v důsledku chemické reakce, kdy jsou sloučeniny přeměňovány na jiné sloučeniny. Na podobném principu fungují například baterie.

Fenomén, který popsali vědci z Kalifornského technologického institutu a Severozápadní univerzity v Illinois, však funguje na zcela jiném principu. Namísto chemických reakcí využívá k výrobě elektrické energie kinetickou energii slané vody.

Takzvaný elektrokinetický jev byl pozorován již dříve, a to u grafenu. Grafen je forma uhlíku, struktura podobná hojně rozšířenému grafitu, avšak o tloušťce pouhého jednoho atomu. Podle vědců je zajímavá vysoká účinnost tohoto jevu, kdy je až 30 % kinetické energie vody přeměněno na elektrickou energii.

„Podobný jev byl pozorován u jiných materiálů. Můžete vzít kapku slané vody, táhnout ji po grafenu a budete pozorovat výrobu elektrické energie,“ říká Tom Miller, profesor chemie na Kalifornském technologickém institutu.

Grafen se díky svým vlastnostem často vymyká chování běžných materiálů, a nabízí tak značný potenciál pro mnohé aplikace v různých odvětvích. Jeho výroba je však zatím velmi náročná, a je tak obtížné jej vyrábět ve velkém množství. Naopak výroba tenké vrstvy oxidu železitého, rzi, je poměrně snadná.

„V zásadě se jedná pouze o rez na železu, takže je velmi snadné ji vyrobit na velkých plochách. Toto je robustnější implementace toho, co lze pozorovat u grafenu,“ dodává Tom Miller.

Přestože rez vzniká na slitinách železa samovolně, vědci ke svému experimentu potřebovali konzistentní tenkou vrstvu. K tomu využili metodu fyzikální depozice par, při které dochází k odpaření materiálu v pevném skupenství, v tomto případě oxidu železitého, a následnému zkondenzování výparů na povrchu požadovaného předmětu. Tímto se vědcům podařilo vytvořit velmi tenkou vrstvu rzi o tloušťce pouhých 10 nanometrů.

Vědci následně nechali po železe pokrytém takto tenkou vrstvou rzi téct vodu s různou koncentrací rozpuštěné soli, díky čemuž se jim podařilo dosáhnout napětí několika desítek milivoltů a proudu několika mikroampérů na centimetr čtvereční „rezavého železa“.

Tradiční zdroje se konkurence zatím obávat nemusí

Mechanismus elektrokinetického jevu je dle vědců velmi komplexní, avšak velmi zjednodušeně ho lze popsat tak, že ionty v slaném roztoku přitahují elektrony v železe pod vrstvou rzi. Svým pohybem je tak za sebou „táhnou“, čímž dochází ke vzniku elektrického proudu.

„Pro znázornění, desky o rozloze 10 metrů čtverečních by dokázaly vyrábět kilowattů – dost pro standardní americký domov. V nejbližší době jsou samozřejmě slibnější méně náročné aplikace, včetně energetický méně náročných zařízení ve vzdálených lokalitách,“ pokračuje Tom Miller.

Podle Millera by tento jev mohl být využit například v oceánech pro přeměnu energie přílivu na elektřinu nebo pro napájení bójí či dalších zařízení. Podobně by mohl sloužit k napájení implantátů v lidském těle s využitím krevního oběhu.