Чудо-материал откроет источники «зеленой» энергии

Научная фантастика? Едва ли. Новый материал может опреснять воду, использоваться как гибкая фильтрующая мембрана и извлекать энергию из отработанного раствора после опреснения. Он послужит основой для гибких солнечных элементов и удвоит срок эксплуатации литий-ионных аккумуляторов. Учитывая превосходные способности уничтожать бактерии, его можно также использовать для производства нового вида антибактериального бинта.

Ученым из Наньянского технологического университета в Сингапуре под руководством доцента Даррена Сана удалось разработать единый революционный наноматериал, который способен выполнять вышеперечисленные задачи при очень малых затратах в сравнении с существующими технологиями.

Это научное открытие, на которое у исследователей ушло пять лет, называется универсальный диоксид титана (TiO2). Материал производится путем превращения кристаллов диоксида титана в запатентованные нановолокна. Из них, в свою очередь, можно легко сделать гибкие фильтрующие мембраны, которые включают смесь углерода, меди, цинка или олова в зависимости от сферы применения конечного изделия.
Диоксид титана – это дешевый и широко распространенный материал, который, как было доказано учеными, способен ускорять химические реакции (фотокаталитические свойства), а также может легко связываться с водой (гидрофильные особенности).
Автор исследования уверен, что такие дешевые и легкие в производстве наноматериалы значительно облегчат решение существующих и будущих проблем в энергетике и защите окружающей среды по всему миру. Ведь если учесть, что к 2030 году население планеты по предсказаниям ученых возрастет до 8,3 миллиарда человек, ожидается и массовое увеличение мирового потребления энергии и пищи на 50 процентов, а питьевой воды – на 30 процентов.
«Хотя не существует единого решения двух мировых проблем, а именно дешевой возобновляемой энергии и обильного источника чистой воды, наша единая универсальная мембрана очень близка к этой задаче, а наночастицы диоксида титана значительно облегчат и ускорят поиск такого решения, - рассказывает Даррен Сан. – При помощи уникального наноматериала мы сможем превратить отходы в будущие источники чистой воды и энергии».
Вот что может универсальный диоксид титана:
1. при воздействии солнечных лучей одновременно производить водород и чистую воду;
2. становиться материалом для производства дешевой фильтрующей мембраны, устойчивой к обрастанию;
3. опреснять воду в качестве мембраны прямого осмоса для интенсивного потока;
4. получать энергию из отработанного раствора после опреснения и сточных вод;
5. становиться дешевым гибким солнечным элементом для производства электричества;
6. удваивать срок эксплуатации литий-ионных аккумуляторов при использовании в качестве анода;
7. убивать вредные микроорганизмы, содействуя изобретению новых антибактериальных бинтов.
Как был обнаружен чудесный материал
Даррен Сан изначально использовал диоксид титана с оксидом железа для производства антибактериальных мембран для фильтрации воды и решения проблемы биообрастания – роста бактерий, которые засоряют поры мембран и препятствуют току воды.
В процессе разработки мембраны ученые обнаружили, что она может действовать как фотокатализатор, превращая сточные воды в водород и кислород при воздействии солнечных лучей и производя чистую воду. Такой эффект расщепления воды обычно вызывает платина – ценный, дорогой и редкий металл.
«При помощи этого открытия можно одновременно очищать сточные воды и получать дешевый вариант хранения солнечной энергии в форме водорода, которая доступна в любое время дня и ночи независимо от того, светит солнце или нет. Это настоящий источник чистой энергии, - объясняет Сан. – В настоящее время мы достигли троекратной эффективности в сравнении с платиной, но при гораздо меньшей стоимости, что дает возможность дешевого производства водорода. Кроме того, мы можем одновременно получить чистую воду при практически нулевых затратах энергии, и это поможем изменить существующую мелиоративную систему по всему миру для обеспечения жизнеспособности городов будущего».
Водород – это чистый источник энергии, который можно использовать для автомобильных топливных элементов или в силовых установках для производства электричества.
Осмос для производство водорода и чистой воды
Исследования продемонстрировали, что небольшой объем наноматериала (0,5 грамма нановолокон из диоксида титана, обработанных оксидом меди) может при погружении в один литр сточных вод за час произвести 1,53 миллилитра водорода. Этот объем полученного водорода в три раза превышает тот, что обеспечивает платина в аналогичных условиях.
В зависимости от вида сточных вод объем генерируемого водорода может доход до целых 200 миллилитров в час. Кроме того, для его наращивания можно использовать наноматериал в большем объеме сточных вод.
Производство дешевых гибких мембран прямого осмоса
Частицы диоксида титана могут не только расщеплять воду. Они наделяют мембраны для фильтрации воды гидрофильными свойствами, обеспечивая легкий проток сквозь них и препятствуя накоплению чужеродных загрязнителей, таких как соль. Таким образом, мембраны становятся отличным способом опреснения воды методом прямого осмоса. Впервые нановолокна TiO2 и частицы используются в мембранной системе прямого осмоса для производства чистой воды и генерирования энергии.
Производство новых антибактериальных бинтов
При помощи антибактериальных свойств мембрана может использоваться для изготовления воздухопроницаемого антибактериального бинта. Он предотвратит и устранит инфекции на открытых ранах, а также поспособствует процессу лечения, пропуская кислород.
Свойства материала мембраны также похожи на характеристики полимеров, используемых для производства пластмассового бандажа, который в данное время продается на рынке.
Производство дешевых гибких солнечных элементов
Проекты Сана продемонстрировали, что при обработке другими материалами или создании других форм, таких как кристаллы, диоксид титана может быть применен, например, в производстве солнечных элементах.
Изготовив поликристаллический лист из диоксида титана черного цвета, ученым удалось создать гибкий солнечный элемент, который может генерировать электричество из солнечных лучей.
Производство литий-ионных аккумуляторов с продолжительным сроком эксплуатации
Одновременно другая группа исследователей работала над созданием черного наноматериала из диоксида титана для использования в литий-ионных аккумуляторах для электронных устройств.
Предварительные результаты продемонстрировали, что когда сферические наночастицы диоксида титана, видоизмененные при помощи углерода, использовались в качестве анода (отрицательный полюс), емкость аккумулятора удваивалась. Это значительно продлило срок его эксплуатации.
В настоящее время ученые под руководством Даррена Сана работают над дальнейшим развитием материала и созданием фирмы, которая смогла бы вывести его на рынок.

Источник: Sciencedaily

• < Ewicon - ветровой генератор без вращающихся частей
• Электрические бактерии помогут в создании «живых» батареек >

Комментарии: