L’énergie bleue, ou énergie osmotique, est produite naturellement lorsque deux solutions de salinité différente se mélangent - phénomène observable en d’innombrables endroits partout dans le monde, là où l’eau douce et l’eau salée se rencontrent.
Une question de taille
Jusqu’à présent, les grands projets de production d’énergie bleue, tels que la centrale de Statkraft, en Norvège, se heurtent à la faible efficacité des membranes. En laboratoire, des chercheurs ont créé des membranes à partir de nanomatériaux exotiques très prometteurs du point de vue de la quantité d’énergie qu’ils peuvent récupérer par rapport à leur taille. Toutefois, la transformation de ces matériaux extrêmement minces en composants suffisamment grands et résistants pour une utilisation en situation réelle représente un défi de taille.
Une équipe de physiciens de l’Université McGill a récemment publié, dans Nano Letters, les résultats de travaux portant sur une technique qui pourrait ouvrir la voie vers une solution à ce problème.
« Nous avons cherché à remédier au problème de fragilité mécanique tout en exploitant la sélectivité exceptionnelle de nanomatériaux en deux dimensions. Nous avons donc fabriqué une membrane hybride composée de monocouches de nitrure de bore hexagonal soutenues par des membranes de nitrure de silicium », explique Khadija Yazda, auteure principale et chercheuse postdoctorale au Département de physique de McGill.
Un outil mis au point à McGill fait avancer la recherche
Pour obtenir la perméabilité sélective voulue, Khadija Yazda et ses collègues ont utilisé une technique de claquage contrôlé mise au point à McGill, appelée tip-controlled local breakdown (TCLB)[ED1] , pour « percer » une multitude de trous microscopiques, ou nanopores, dans leur membrane. Au cours de précédentes recherches sur des prototypes expérimentaux comportant un seul nanopore, l’équipe de McGill a réussi à tirer parti de la vitesse et de la précision de la technique TCLB pour préparer et étudier des membranes dotées de multiples nanopores organisés en configurations diverses (taille, nombre et espacement des pores).
« Nos expériences sur les interactions pore-pore dans des matrices nanoporeuses montrent qu’on obtient les résultats optimaux de sélectivité et de densité de puissance globale de la membrane avec un espacement des pores qui crée un équilibre entre la nécessité d’avoir une grande densité de pores et celle de conserver une grande surface chargée (≥ 500 nm) autour de chaque pore », ajoute Khadija Yazda.
Les chercheurs, qui ont réussi à créer une matrice de 20 pores sur 20 pores sur une membrane de 40 µm², disent que la technique TCLB pourrait être utilisée pour produire des matrices beaucoup plus grandes.
« Naturellement, nous tenterons maintenant de pousser plus loin nos recherches afin que cette méthode puisse être utilisée dans des centrales de grande taille, mais aussi dans des microgénérateurs et des nanogénérateurs », affirme l’auteure.
L'étude:
L’article « High Osmotic Power Generation via Nanopore Arrays in Hybrid Hexagonal Boron Nitride/Silicon Nitride Membranes », par Khadija Yazda et coll., a été publié dans Nano Letters.
DOI: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04704
Source: Université McGill