Už známe spoustu různých způsobů, jak je možné získat elektřinu. Rozmanité baterie, solární články, větrné turbíny, vodní elektrárny vícero druhů nebo třeba geotermální zdroje. A teď k nim možná přibude další, poněkud nečekaný. Obyčejná a obvykle proklínaná rez. Vědci z amerického Caltechu a z Northwestern University zjistili, že když přes hodně tenké filmy rzi, tedy oxidu železa, protéká slaná voda, tak vzniká elektřina. Je to úplně nový způsob tvorby elektřiny, který by se mohl stát základem doposud nevídaných forem udržitelné energetiky.
Na tom, že při styku sloučenin kovu a slané vody vzniká elektřina, není nic divného. Obvykle je to ale důsledek chemických reakcí a přeměn chemických sloučenin. Takové procesy se běžně odehrávají například v bateriích. Tom Miller z Caltechu, Franz Geiger z Northwesternu a jejich spolupracovníci ale využili úplně jiný jev. Namísto chemických reakcí jim elektřina vzniká přeměnou kinetické energie tekoucí slané vody. Funguje to jako komplexní proces, během něhož ionty mořské vody přitahují elektrony v železu pod vrstvou rzi.
Jde o elektrokinetický jev, který byl dříve pozorován v grafenových filmech. Tenhle proces je neobyčejně efektivní. Přeměna kinetické energie slané vody na elektřinu probíhá s 30-procentní účinností, zatímco nejlepší solární panely to dokážou asi s 20-procentní účinností. Podle Millera nemusí jít jen o rez. Když se vezme kapka slané vody a nechá se stékat po grafenu, tak rovněž vznikne elektřina.
Vyrábět plátky grafenu ve velkém je ovšem stále velmi komplikované. Naproti tomu ultratenké filmy rzi jsou mnohem dostupnější. Jejich výroba je relativně snadná, i ve velkém množství. Je to prostě rez na železném povrchu. Komplikace je především v tom, že musí jít rovnoměrně tenkou vrstvu rzi. Proto Miller s Geigerem a spol. použili fyzikální depozici z plynné fáze (PVD, physical vapor deposition), během které dochází k odpaření pevného materiálu a jeho uložení na zamýšleném podkladu. Díky tomu postupu badatelé vytvořili rovnoměrnou vrstvu rzi o tloušťce 10 nanometrů, čili asi desettisíckrát tenčí nežli lidský vlas.
Když tvůrci svou rzivou technologii důkladně otestovali, tak se ukázalo, že čtvereční centimetr nanovrstvy rzi vytvoří několik desítek milivoltů a několik mikroampérů. Miller je přesvědčen, že by systém o ploše asi 10 čtverečních metrů výhledově mohl generovat asi několik kilowattů, což by mělo stačit pro standardní americkou domácnost. Prozatím by rzivou energii mohly využívat zařízení s malou spotřebou na odlehlých místech nebo tam, kde se pohybuje slaná voda, například v oceánu nebo třeba v lidském těle.
Video: Tom Miller - CS+Chemistry - Alumni College 2016
Literatura
California Institute of Technology 29. 7. 2019, PNAS online 29. 7. 2019.
Šikovný prototyp přílivové turbíny vyrobil více než 3 GWh za rok provozu
Autor: Stanislav Mihulka (28.08.2018)
Nová technologie vyrobí vodík z běžné mořské vody se solární energií
Autor: Stanislav Mihulka (20.03.2019)
Nový autonomní systém těží energii z mořské vody
Autor: Stanislav Mihulka (15.05.2019)
Diskuze:
Grant
Tomas Hacek,2019-08-02 05:13:01
Tak hlavne doufam ze na to byl dan nejaky slusny grant, ktery jiz byl plne vycerpan a prijemce ted lobuje pro dalsi prodlouzeni a novy, pokud mozno jeste vyssi, grant.
světoborný vynález
Vojta Ondříček,2019-08-02 02:43:50
... čtvereční centimetr nanovrstvy rzi vytvoří několik desítek milivoltů a několik mikroampérů. Miller je přesvědčen, že by systém o ploše asi 10 čtverečních metrů výhledově mohl generovat asi několik kilowattů, ...
Není sice zrovna den humoru 1. apríla, ale budiž.
Když se dosadí za slovíčko "několik" číslo 3, tak s použitím násobilky na úrovni třetí třídy obecné školy lze dospět k produkovanému elektrickému výkonu 90nW pro onen slavný čtvereční centimetr. Protože si lze spočítat, opětně prostou násobilkou, kolik centimetrů čtverečních se vejde na deset metrů čtverečních, lze dospět k produkovanému elektrickému výkonu 9mW pro oněch 10m čtverečních.
Ovšem tímto problémy nekončí. Každý zdroj elektrické energie potřebuje dvě elektrody, tady i dva dráty k napojení na spotřebič. Ten článek o této nutnosti taktně pomlčel. Rovněž tu máme spoustu dalších nejasností, jakou je například i vnitřní elektrický odpor zdroje, který napoví, kolik z těch 9 mW se dostane ze zroje vůbec ven.
Devět mili-watů není moc, myslím si, že i čerstvě vylíhnuté kuřátko vyprodukuje té "elektřiny" více. Maličká LED, napájena takovým obrovským výkonem z deseti metrů čtverečních, bude v potemělé místnosti zřetelně světélkovat.
Re: světoborný vynález
Ladislav Strnad2,2019-08-02 21:23:56
Zapomněl podotknout za jak dlouhý čas těch deset kW dostane. Klidně to může být třeba za rok (?) Potom by to byl efekt jako hrom. :-)
Re: Re: světoborný vynález
Vojta Ondříček,2019-08-02 22:19:39
No, přísně napsáno, je Watt fyzikální jednotkou výkonu. Nemá časovou dimenzi.
Na druhé straně máme k dispozici jinou jednotku s časovou dimenzí a tou je Joule, lidově zvaná džůl. Je to jednotka (množství) energie. Praktickým příkladem nám může být jednoduchý vztah, který definuje jedno joule co by výkon jednoho wattu po dobu jedné sekundy.
Aby to lidi tak moc nepletlo, tak se používá k definici množství energie produkt jednotky výkonu a jednotky času, například oblíbená kWh (kilo watt hodina). Ta má přesně 3600 kJ, nebo, chceme-li 3,6MJ.
Poskytne-li nám deset metrů čtverečních rzivého plechu omývaných slanou vodou oněch 90mW, tak dostaneme za jeden rok omývání energii 284kWs, což je 0,079kWh. Tato za rok vyprodukovaná energie a bezeztrátově uchovaná, by rozvítila 80W žárovku na jednu hodinu, nebo slabší fén by vysoušel 6 minut.
pohyb vodiče v magnetickém poli
Florian Stanislav,2019-08-01 23:28:17
Výroba elektřiny je jednoduchá - pohyb vodiče v magnetickém poli. Háček je v tom slově pohyb, musí se dodat energie, která způsobí ten pohyb.
Článek píše: Namísto chemických reakcí jim elektřina vzniká přeměnou kinetické energie tekoucí slané vody
Komentář : Mechanická účinnost turbín využívajících kinetické energie vody je přes 90%. A nemá nanovrstvy, které ucpou kdejaké řasy.
zelene potvory
Zdeno Janeček,2019-08-01 22:12:47
A co mikroorganismy, s těma se nepočitá ?
Viděl někdo vůbec dno lodi po trojročném pobytu na moři ?
Elektrický jev...
Ladislav Strnad2,2019-08-01 21:25:50
Jestli jsem dobře rozuměl textu, tak ke generování elektrického proudu dochází pohybem vody po vrstvě rzi? Takže tam není přítomen žádný elektrochemický jev. Jde tedy o přímou přeměnu kinetické energie vody na elektrický proud?
Re: Elektrický jev...
Vojta Ondříček,2019-08-02 22:45:08
Ta po článku tekoucí voda (elektrolyt) svým pohybem přemisťuje elektrony z té rzi.
V tomto článku je lépe popsaný princip :https://www.pressetext.com/news/salzwasser-auf-rost-liefert-jetzt-viel-strom.html
( "Wenn man einen Tropfen Salzwasser nimmt und über Graphen zieht, wird man sehen, dass etwas Strom erzeugt wird", erklärt Caltech-Chemieprofessor Tom Miller. Es ist dabei Bewegungsenergie des Wassers, die in Strom umgewandelt wird, da im Prinzip Ionen im Wasser Elektronen aus dem Festkörper mitziehen.)
Stručně: Tekoucí kapka slané vody (potřebujeme ionty ve vodě) po povrchu přemisťuje ve rzi elektrony.
Ovšem, nejde o sprostou rez, jaká je třeba na mém autu, ale o extra tenonkou vrstvičku rzi "napařenou" na povrch. Jde tedy o fyzikální princip jehož praktické uplatnění není (ještě) nalezeno.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
