Osmotická elektráreň: čistá energia slanej vody

Je potrebné okamžite varovať: v záhlaví nie je žiadna chyba, nebude existovať príbeh o kozmickej energii spoluhláskovanej s týmto menom. Necháme to na ezoterických a autoroch sci-fi. A budeme hovoriť o obvyklom fenoméne, s ktorým spolu žijeme po celý život.

Koľko ľudí vie, v dôsledku čoho procesy šťavy v stromoch stúpajú do značnej výšky? V prípade sekvojov je to viac ako 100 metrov. K tomuto transportu štiav do fotosyntetickej zóny dochádza v dôsledku pôsobenia fyzikálneho efektu - osmóza, Pozostáva z jednoduchého javu: v dvoch roztokoch rôznych koncentrácií, umiestnených v nádobe s polopriepustnou membránou (priepustnou len pre molekuly rozpúšťadla), sa po určitom čase objaví hladinový rozdiel. V doslovnom preklade z gréckeho jazyka osmóza je tlak, tlak.

A teraz z divočiny sa vrátime k technológii. Ak sa do nádoby so septom vloží more a čerstvá voda, objaví sa v dôsledku rôznych koncentrácií rozpustených solí osmotický tlak a hladina mora stúpa. Molekuly vody sa pohybujú zo zóny s vysokou koncentráciou do zóny roztoku, kde je viac nečistôt a menej molekúl vody.

Rozdiel v hladinách vody sa ďalej používa zvyčajným spôsobom: ide o známu prácu vodných elektrární. Jedinou otázkou je Aký vhodný je efekt osmózy na priemyselné použitie? Výpočty ukazujú, že keď je slanosť morskej vody 35 g / liter, v dôsledku fenoménu osmózy sa vytvorí pokles tlaku 2 389 464 Pascal alebo asi 24 atmosfér. V praxi to zodpovedá priehrade s výškou 240 metrov.

Ale okrem tlaku je veľmi dôležitou vlastnosťou aj selektivita membrán a ich priepustnosť. Koniec koncov, turbíny negenerujú energiu z diferenčného tlaku, ale kvôli prúdeniu vody. Až donedávna tu boli veľmi vážne ťažkosti. Vhodná osmotická membrána musí odolávať tlaku, ktorý je 20-násobkom tlaku pri obvyklom prívode vody. Zároveň majú vysokú pórovitosť, ale zachovávajú si molekuly soli. Kombinácia protichodných požiadaviek na dlhú dobu neumožňovala použitie osmózy na priemyselné účely.

Pri riešení problémov odsoľovania bol vynájdený Loebova membránaktorý vydržal obrovský tlak a zadržal minerálne soli a častice do 5 mikrónov. Po dlhú dobu nebolo možné použiť Loebove membrány na priamu osmózu (výroba energie), pretože boli extrémne drahé, rozmarné a mali nízku priepustnosť.

Prielom v používaní osmotických membrán prišiel koncom 80. rokov, keď nórski vedci Holt a Thorsen navrhli použitie modifikovaná plastová fólia na báze keramiky, Zlepšenie štruktúry lacného polyetylénu nám umožnilo vytvoriť vhodný dizajn špirálových membrán na použitie pri výrobe osmotickej energie, Na testovanie technológie výroby energie z osmózového efektu bol v roku 2009 prvý experiment na svete osmotická elektráreň.

Nórska energetická spoločnosť Statkraft, ktorá získala štátny grant a utrácala viac ako 20 miliónov dolárov, sa stala priekopníkom v oblasti nového typu energie. Postavená osmotická elektráreň vyrába asi 4 kW energie, čo je dostatočné na fungovanie ... dvoch elektrických varných kanvíc. Ciele výstavby stanice sú však oveľa vážnejšie: koniec koncov, testovanie technológie a testovanie v reálnych podmienkach materiály pre membrány otvárajú cestu k vytváraniu oveľa silnejších štruktúr.

Komerčné odvolanie staníc začína s účinnosťou odoberania energie vyššou ako 5 wattov na meter štvorcový membrán.Na nórskej stanici v Toft sotva táto hodnota presahuje 1 W / m2. Už dnes sa však skúšajú membrány s účinnosťou 2,4 W / m2 a do roku 2015 sa očakáva nákladovo efektívna hodnota 5 W / m2.

Osmotic Power Station in Toft

Existujú však povzbudivé informácie z výskumného centra vo Francúzsku. Vedci, ktorí pracujú s materiálmi na báze uhlíkových nanorúrok, získali na vzorkách účinnosť extrakcie energie osmózy asi 4000 W / m2. A to nie je len efektívne z hľadiska nákladov, ale prevyšuje účinnosť takmer všetkých tradičných zdrojov energie.

Aplikácia sľubuje ešte pôsobivejšie vyhliadky grafénové filmy, Membrána s hrúbkou jednej atómovej vrstvy sa stáva úplne priepustnou pre molekuly vody, pričom si zachováva akékoľvek ďalšie nečistoty. Účinnosť takéhoto materiálu môže prekročiť 10 kW / m2. Do závodu sa zapojili popredné spoločnosti v Japonsku a Amerike, aby vytvorili vysoko výkonné membrány.

Ak bude v nasledujúcom desaťročí možné vyriešiť problém membrán pre osmotické stanice, potom nový zdroj energie zaujme vedúce miesto v poskytovaní ľudstva ekologickým zdrojom energie. Na rozdiel od veternej a slnečnej energie môžu zariadenia s priamou osmózou pracovať nepretržite a nie sú ovplyvňované poveternostnými podmienkami.

Globálna rezerva energie osmózy je obrovská - ročný prietok sladkej riečnej vody je viac ako 3 700 kubických kilometrov. Ak sa dá použiť iba 10% tohto objemu, potom sa môže generovať viac ako 1,5TW / h elektrickej energie, t.j. asi 50% európskej spotreby.

Tento problém však nemôže vyriešiť iba tento zdroj. S vysoko účinnými membránami sa dá využiť energia hlbín oceánu. Faktom je, že slanosť vody závisí od teploty a je rôzna v rôznych hĺbkach.

Pri použití teplotných gradientov slanosti nemôžete byť pri stavbe staníc pripútaní k ústí riek, ale jednoducho ich umiestniť do oceánov. To je však úloha vzdialenej budúcnosti. Aj keď prax ukazuje, že tvorba predpovedí v technológii je nevďačná úloha. A zajtra môže budúcnosť zaklopať na našu realitu.

Comments

[#1]

A môžete podrobnejšie vysvetliť mechaniku procesu? A potom, podobne ako babička, hovorila podrobne o princípe fungovania parného motora v parnej lokomotíve a potom povedala: „Všetko je jasné, synu, rozumieš. Predpokladajme, že čistička vypúšťa odpadovú vodu po úprave na mori, t. máme dva zdroje vody s rôznou slanosťou, navyše je prítomná morská voda, akoby bola v statickom stave, a sladká voda sa neustále vypúšťa. Čože? Povedzme, že zorganizovali ďalšiu nádrž s membránou uprostred, v jednej polovici - sladká voda, v druhej - niečo slané - slané ... Čože? Uvidíme, že hladina vody stúpa slanou vodou na polovicu? Zdá sa, že je zrejmé, že rozdiel v úrovniach už možno použiť. Ale aj tak, komentovať.

[#2]

Zaujímavý nápad ...
Otázka však znie - prečo oplotiť záhradu membrán, aby sa v ústí rieky zvýšila slaná voda? Je nepochybné, že potenciálna energia objemu slanej vody získanej osmózou významne prekročí energiu toku rieky v ústach ....
Prečo je výhodnejšie vytvoriť deltu s osmózou, keď je už k dispozícii - z rieky tečie do mora čerstvá voda. ..... Technológia osmózy ponúka blokovanie sladkej vody membránou, cez ktorú táto rovnaká voda prenikne do slanej vody .... no a stúpa na určitú úroveň ....Ako sa dosiahne pozitívna energetická bilancia v systéme s membránou v porovnaní s priamym využitím odpadovej energie daného objemu vody?

[#3 jakub]

Osmotická elektráreň riadi miešanie soli a čerstvej vody, čím získava energiu zo zvyšujúcej sa entropie tekutín. Miešanie sa uskutočňuje v nádrži, ktorá je rozdelená na dva oddiely polopriepustnou membránou. Morská voda sa dodáva do jedného oddelenia a čerstvá do druhého. Kvôli rôznej koncentrácii solí v mori a sladkej vode molekuly vody z čerstvého oddelenia, ktoré sa snažia vyrovnať koncentráciu soli, prechádzajú cez membránu do morského priestoru. V dôsledku tohto procesu sa v komore pre morskú vodu vytvára nadmerný tlak, ktorý sa zase používa na rotáciu elektriny vyrábajúcej hydroturbín.

[#4]

Chcel by som vidieť odkaz na povzbudivé informácie, ktoré hovoria o 4 kW na m2. Chcel by som vedieť, ako budú čistiť membrány, ktoré sa v morskej vode okamžite upchajú všetkými nečistotami.