17. 8. 2019

18.5.2019 6.51, Rubrika: Co bychom měli vědět o vodě

Nový autonomní systém těží energii z mořské vody

Podmořští roboti a další autonomní stroje v oceánu potřebují ke svému provozu zdroj energie. Ten by měl být schopen dodávat energii po dlouhou dobu, ale také zvládat nárazové velké požadavky na výkon. Jak přitom informuje populárně-vědecký server osel.cz., nové zařízení čínského týmu to dokáže.

Rozmanité podvodní stroje a zařízení, robotické ponorky nebo třeba podvodní detektory často samostatně operují pod vodní hladinou po velmi dlouhou dobu. Aby to mohli zvládnout, tak k tomu potřebují vlastní a pokud možno spolehlivý zdroj energie. Mohou to být baterie, palivové články nebo třeba zařízení, které si samo obstará energii v okolním prostředí.

Liang Tang, Hu Jiang, a Ming Hu vedli tým složený z badatelů čínských univerzit, který vyvinul převratný systém pro získávání energie z mořské vody. Jde o levné zařízení pro přímou elektrochemickou extrakci energie z mořské vody, které se dovede autonomně přepínat podle nároků na energii. Dokáže zajistit nepřetržité dodávání stabilního množství energie, a v případě potřeby se přepne do módu, v němž zvládne krátkodobé návaly požadavků na velký výkon.

Podvodní roboti a podobná zařízení dnes mapují mořské dno, proudy či teploty v oceánu, monitorují a opravují podmořská potrubí a kabely, a také dělají v oceánu spoustu dalších náročných věcí, většinou do značné míry autonomně. Náročná práce v extrémních podmínkách obvykle vyžaduje zdroje energie s vysokou hustotou energie (high energy density), které mohou dodávat stálé množství energie pro základní provoz po dlouhou dobu, a zároveň zdroje s vysokou hustotou výkonu (high power density), které poslouží při náhlém požadavku velkého výkonu.

Čínský tým se inspiroval u mořských organismů, které mohou přepínat metabolismus jejich buněk mezi aerobním a anaerobním módem tím, že používají různé materiály v roli příjemce (akceptoru elektronů). Badatelé vyvinuli zdroj energie, který pracuje na podobném principu. Zařízení využívá pozoruhodné materiály kovové organické kostry MOF (Metal-Organic Frameworks). Klíčovým prvkem zařízení je katoda z pařížské (berlínské či také pruské) modři, což je chemicky ferrokyanid železitý, která spolupracuje s kovovou anodou při získávání elektřiny z mořské vody.

Když zařízení dodává energii v režimu pro základní provoz, tak jsou elektrony proudící ke katodě předávány kyslíku rozpuštěnému v mořské vodě. Zásoba kyslíku v mořské vodě je prakticky nevyčerpatelná, takže by zařízení v základním režimu mohlo teoreticky fungovat navěky. Problém je v tom, že rozpuštěného kyslíku je v mořské vodě málo. Když se náhle zvýší požadavky na energii, tak na katodě zařízení není dost kyslíku, který by přijal všechny přicházející elektrony. Katoda z pařížské modři musí takové elektrony uskladnit, což udělá tak, že redukuje atomy železa z Fe 3+ na Fe 2+. Aby zařízení udrželo rovnováhu elektrického náboje, tak musí v krátkém čase absorbovat velké množství iontů sodíku. Jakmile se nároky na energii zase sníží, tak se železo opět oxiduje, ionty sodíku se uvolní do okolní mořské vody a vše se vrátí k normálu.

Nový systém je velice stabilní a z koroze mořskou vodou si mnoho nedělá. Vše rovněž nasvědčuje tomu, že vydrží mnoho cyklů přepnutí mezi módy základního provozu a velkého výkonu. Testy ukazují, že zařízení může v módu velkého výkonu bez potíží běžet nepřetržitě 4 dny. V tomto módu systém dodává potřebnou energii pro 39 LEDek a vrtuli.

Zdroj: www.osel.cz., literatura: Wiley Online 13. 5. 2019, Angewandte Chemie online 29. 3. 2019, ilustrační foto (moře obsahuje spoustu energie), autor: Steevven1 / Wikimedia Commons

.

 

18.5.2019 6.51, Rubrika: Co bychom měli vědět o vodě, Prevence povodní, voda v krajině, Podnikání s vodou a zákony

Aktuality

Lesní video

více >

Fotoblog

více >

CHMELAŘSKÝ DEN, STEKNÍK U ŽATCECHMELAŘSKÝ DEN, STEKNÍK U ŽATCE
Autor: Nina Havlová

Videoblog

více >

Kalendář Akcí

<< Srpen 2019 >>
PÚSČPSN
29 30 31 1 2 3 4
5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31 1