Nieuw soort membraan brengt opwekken blauwe energie dichterbij

Een nieuw soort membraan maakt het opwekken mogelijk van zogeheten ‘blauwe energie’. Deze energie ontstaat op het moment dat twee vloeistoffen met verschillende saliniteit met elkaar vermengen. Dit gebeurt van nature onder meer bij de overgang van zoet naar zout water.

Onderzoekers van de Canadese McGill University demonstreren een techniek voor de productie van membranen die blauwe energie kunnen opwekken. Selectief doorlaatbare membranen spelen een belangrijke rol bij het opwekken van deze vorm van duurzame energie. Deze membranen laten slechts één deel van een zoutwateroplossing door, wat de watermoleculen of opgeloste zoutionen kunnen zijn. Dit proces wordt ook wel osmose genoemd.

Osmotische energiecentrale

Experimenten met het opwekken van blauwe energie zijn niet nieuw. Zo zijn verschillende grootschalige projecten opgezet, waaronder de Statkraft osmotische energiecentrale in Tofte in Hurum, Noorwegen. Beschikbare membranen hebben tot nu toe echter een beperkte efficiëntie. Wel zijn er ontwikkelingen met membranen gefabriceerd uit nanomaterialen. De productie hiervan in componenten die groot en sterk genoeg zijn voor praktijktoepassingen is echter complex.

Een nieuwe productietechniek ontwikkeld door onderzoekers van de McGill University kan uitkomst bieden. De onderzoekers beschreven de techniek onlangs in Nano Letters. “In ons project richten wij ons op het remediëren van de onvermijdelijke mechanische fragiliteit bij de inzet van de uitstekende selectiviteit van dunne 2D-nanomaterialen door het fabriceren van een hybride membraan bestaande uit hexagonaal boornitride (hBN) monolagen, ondersteund door silicone nitride membranen”, zegt Khadija Yazda, die als onderzoeker van de Department of Physics van de McGill University betrokken is bij het project.

Tip-controlled local breakdown

De onderzoekers zetten een techniek ontwikkeld door de McGill University genaamd ’tip-controlled local breakdown’ (TCLB) in bij de productie van selectief doorlaatbare membranen. Met behulp van deze technieken boren zij op microscopische schaal gaatjes in hun membraan, die ook wel nanoporiën heten.

“Onze experimenten op het gebied van porie-porie interactie in nanoporie arrays toont aan dat de optimale membraanselectiviteit en algehele vermogensdichtheid realiseerbaar is met een porieruimte die de behoefte aan een hoge dichtheid van poriën combineert met een groot geladen oppervlak (≥ 500nm) rondom iedere porie”, aldus Yazda.

Opschalen

Tijdens hun experimenten zijn de onderzoekers erin geslaagd een array van 20 bij 20 porie te creëren op een membraanoppervlak van 40µm². De onderzoekers melden dat de TCLB-techniek ook geschikt is voor de productie van veel grotere arrays. “Een logische volgende stap voor dit onderzoek is het opschalen van deze aanpak voor niet alleen grootschalige energiecentrales, maar ook nano- of micro-energiegenerators”, licht Yazda toe.

Auteur: Wouter Hoeffnagel