Zardzewiała płyta i morska woda to wszystko, czego potrzeba, by generować energię elektryczną. Przekonują o tym na łamach czasopisma "Proceedings of the National Academy of Sciences" naukowcy z California Institute of Technology i Northwestern University. Choć metalowe powierzchnie i roztwory elektrolitów to popularne źródło energii choćby w bateriach, tym razem proces odbywa się na zupełnie innej zasadzie. W energię elektryczną zamieniana jest... energia kinetyczna wody. Z kolei naukowcy z Uniwersytetu w Uppsali wyhodowali mikroorganizmy, które korzystając z energii słonecznej przetwarzają dwutlenek węgla i wodę w butanol, rodzaj alkoholu, który można użyć jako paliwo. Pisze o tym czasopismo "Energy & Environmental Science".
Do listy odnawialnych źródeł energii, zapór wodnych, paneli słonecznych czy turbin wiatrowych będzie można dodać wkrótce kolejne, zanurzone w morskiej wodzie zardzewiałe płyty. Obiecują to amerykańscy naukowcy, którzy opisali ten efekt i potwierdzili, że może przynosić znaczące ilości energii elektrycznej. Wystarczy, by powierzchnię pokrytą odpowiednio cienką warstwą tlenku żelaza opływała morska woda.
Autorzy pracy podkreślają, że zasada działania takiego ogniwa jest zupełnie nowa i nie ma nic wspólnego z mechanizmem, który sprawia, że metalowe elektrody i słona woda generują prąd choćby w bateriach. O ile w tamtych przypadkach przepływowi prądu towarzyszą reakcje chemiczne, w nowej metodzie żadne tego typu przemiany nie są konieczne. Proces odkryty przez Toma Millera z Caltechu i Franza Geigera z Northwestern przemienia w prąd energię kinetyczną wody.
Samo zjawisko, tak zwany efekt elektrokinetyczny, obserwowano wcześniej dla grafenu, cienkich warstw atomów węgla. Przetwarzanie energii kinetycznej w elektryczną udawało się dla nich ze względnie wysoką, sięgającą 30 proc. wydajnością. Biorąc pod uwagę, że panele słoneczne dają wydajność na poziomie 20 proc., to bardzo dobry wynik. Problem w tym, że wytwarzanie warstw grafenu jest drogie, a na skalę potrzebną do generowania znaczących ilości energii, wciąż praktycznie niemożliwe. Cienkie warstwy rdzy na dużych powierzchniach można utworzyć względnie łatwo.
Łatwo, nie oznacza przy tym, że wystarczy zanurzyć żelazną płytę w wodzie. Autorzy pracy do tworzenia odpowiednio cienkich i stabilnych powłok korzystali z metody PVD, osadzania z fazy gazowej, powstałej z wcześniejszego odparowania tlenku żelaza. W ten sposób na dowolnej powierzchni można było utworzyć warstwę rdzy o grubości 10 nanometrów, 10000 razy cieńszą od włosa. Testy pokazały, że z każdego centymetra kwadratowego powierzchni można było przy różnych przepływach słonej wody otrzymać napięcia rzędu dziesiątków milivoltów i prąd o natężeniu kilku mikroamperów. Można sobie wyobrazić, że płyta o powierzchni 10 metrów kwadratowych mogłaby generować moc kilku kilowatów, wystarczająca do zasilania przeciętnego domu - mówi Miller. Przy mniej wymagających zastosowaniach, urządzeniach zużywających mało energii, takie rozwiązania mogą pojawić się już niedługo - dodaje.
Mechanizm zjawiska jest dość złożony, ale w najprostszy sposób można zrozumieć je następująco: ujemne jony z morskiej wody przyciągają elektrony z płyty pod warstwą rdzy i w miarę przepływu wody ciągną je za sobą, to prowadzi do przepływu ładunku i powstawania prądu. Można sobie wyobrazić scenariusze, w których taki efekt da się praktycznie wykorzystać. I to nie tylko w morzu. To może być energia pływów, ruch boi na falach morskich, ale też... przepływ krwi w naszych żyłach - mówi Miller. Można użyć tej energii na przykład do zasilania różnych implantów - tłumaczy.
Naukowcy z Uniwersytetu w Uppsali mają inny pomysł. Postanowili wykorzystać do produkcji czystej energii światło słoneczne. I to bez paneli słonecznych. Wyhodowali mikroorganizmy, rodzaj cyjanobakterii, które w oparciu o energię słoneczną przetwarzają dwutlenek węgla i wodę w butanol, rodzaj alkoholu, który można użyć jako paliwo, albo składnik do produkcji na przykład opon samochodowych. Proces jest na tyle wydajny, że można realnie myśleć o wykorzystaniu go w przyszłości do zastąpienia paliw kopalnych. Wydaje się idealny, daje nam energię pochodzącą prosto od Słońca, wyciągając równocześnie dwutlenek węgla z atmosfery. O tym, że cyjanobakterie potrafią efektywnie wykorzystać promieniowanie słoneczne wiemy od dawna, teraz uczymy się tak je modyfikować, by dopasować ich pracę do naszych potrzeb. Oby z jak najlepszym skutkiem.
