骨と軟骨をイメージしたこの膜は海水からエネルギーを得る

浸透エネルギーは、近年、エネルギーを得る非常に有望な方法となっています。しかし、これを実現するために使用される材料、通常は粘土、酸化グラフェン、二硫化モリブデン、MXene などは、プロセス中に崩壊し、水中で崩壊する傾向があります。

したがって、現在の手順は非常によく最適化されていますが、新しい支持体の探索は依然として非常に重要な課題であり、ミシガン大学の科学者チームは、ヒトの組織をベースにした膜のおかげで、この課題を解決することができました。効果的な浸透を実現するために必要な特性を備えていますが、分解に対する耐性がより優れています。彼らの結果は本日ジュール誌に掲載されており、少なくとも現時点では非常に有望であるように思えます。

浸透エネルギーとは何ですか?

ブルー エネルギーとしても知られる浸透エネルギーは、海水と川の水の塩分濃度の差から得られるエネルギーです。しかし、これは一体何で構成されているのでしょうか？

溶質（この場合は塩）の濃度が異なる 2 つの溶液が半透膜で分離されると、溶媒（この場合は水）は、最も希薄な状態から最も濃厚な状態に変化します。このようにして、最終的に両側の濃度が同じになることが達成されます。これは浸透として知られるプロセスであり、浸透圧と呼ばれる圧力差が両側に発生します。

これは生物の細胞内で自然に起こることです。例えば、食品の保存に塩が使われるのは、塩の中に細菌がいると、外側の濃度の高さを補うために水分が失われ、乾燥して死んでしまうからです。

ただし、これは、たとえばエネルギーを取得する目的で再現することもできるプロセスです。これを行うには、一方のチャンバーを淡水で満たし、もう一方のチャンバーを塩水で満たし、半透膜のみで分離して一緒に配置します。これを淡水が横切ることになります。濃度が低くなると、濃度を均一にするために反対側に通過します。この移動により浸透圧が発生し、その浸透圧を利用して発電タービンを動かすことができます。

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この目的専用のプラントは、淡水が海に向かって流れる場所であればどこにでも、通常は河口に設置でき、風力や太陽光など、変動が大きい他のエネルギー生成形式よりもはるかに安定しています。ある日から次の日まで。このため、青は未来のエネルギーであると考える人もいます。残念ながら、適切な膜を見つけることは依然として課題であり、まさにここで、最近発表された研究の著者らが活躍します。

骨と軟骨に基づいたソリューション

これらの研究者は、半透膜の製造に最適な材料は、主に 2 つの要素、つまり抵抗力とイオンの通過のしやすさを組み合わせる必要があることを知っていました。後者は、自然界、特に生物に存在するいくつかの膜で通常見られるものです。たとえば、腎臓や軟骨を覆うものは非常に優れたフィルターです。問題は、非常に弱く、簡単に劣化してしまうことです。このハンディキャップを回避するには骨に近いものが必要となるが、そうするとイオンを輸送する能力が失われてしまう。

骨と軟骨の性質を組み合わせたものが必要であり、不可能に思えましたが、アラミドナノファイバーと窒化ホウ素をベースにした材料でそれを発見しました。これらは軟骨のような柔軟な繊維を構成し、骨プレートと同様の抵抗力を持ちます。 。

彼らは、両方の材料を層ごとに組み立てることによってこのソリューションに到達し、堅牢で再現が容易な結果を得ました。さらに、塩化ナトリウム溶液中でそれをテストしたところ、膜の製造に使用される他の材料よりもはるかに効率的な方法で、その細孔がナトリウムカチオンを引き付け、塩化物アニオンを反発することが観察されました。最後に、数回すすぎを試み、劣化することなく最大 200 サイクルに耐えられることを確認しました。

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しかし、この発見の最も重要な利点の 1 つは、使用される 2 つの原材料が非常に簡単に入手できることであるため、利点はこれで終わりではありません。実際、アラミド ナノファイバーは、防水衣料、ロープ、縫い糸、耐火手袋などの製品の製造に一般的に使用されるケブラー生地の廃棄された残骸からも入手できます。