Osmotska elektrana: energija čiste slane vode

Treba odmah upozoriti: nema naslova u naslovu, neće biti priče o kozmičkoj energiji suglasnoj s imenom. Ostavit ćemo to ezoteričarima i piscima znanstvene fantastike. I govorit ćemo o uobičajenom fenomenu s kojim zajedno koegzistiramo tijekom života.

Koliko ljudi zna zbog kojih procesa se sokovi na drveću uzdižu do značajne visine? Za sekvoiju je to više od 100 metara. Do transporta sokova u zonu fotosinteze dolazi zbog djelovanja fizičkog učinka - osmoza, Sastoji se od jednostavnog fenomena: u dvije otopine različitih koncentracija, smještene u posudu s polupropusnom membranom (propusnom samo za molekule otapala), razina razine pojavljuje se nakon nekog vremena. U doslovnom prijevodu s grčkog jezika osmoza je guranje, pritisak.

A sada ćemo se iz divljih životinja vratiti na tehnologiju. Ako se morska i slatka voda stave u posudu sa septumom, tada se pojavljuju zbog različitih koncentracija otopljenih soli osmotski tlak a razina mora raste. Molekule vode kreću se iz zone visoke koncentracije u zonu otopine, gdje je više nečistoća i manje molekula vode.

Razlika u vodostajima nadalje se koristi na uobičajen način: ovo je poznati rad hidroelektrana. Jedino je pitanje Koliko je učinak osmoze prikladan za industrijsku upotrebu? Proračuni pokazuju da kada je slanost morske vode 35 g / litra, pad tlaka od 2.389.464 Pascala ili oko 24 atmosfere nastaje zbog pojave osmoze. U praksi je to ekvivalentno brani s visinom od 240 metara.

Pored pritiska, vrlo je važna karakteristika i selektivnost membrana i njihova propusnost. Uostalom, turbine ne generiraju energiju iz diferencijalnog tlaka, već zbog protoka vode. Ovdje su donedavno postojale vrlo ozbiljne poteškoće. Prikladna osmotska membrana mora izdržati tlak koji je 20 puta veći od tlaka u uobičajenom dovodu vode. Istovremeno, imaju visoku poroznost, ali zadržavaju molekule soli. Kombinacija sukobljenih zahtjeva dugo vremena nije dopuštala upotrebu osmoze u industrijske svrhe.

U rješavanju problema desalinizacije izmišljena je voda Loebova membranakoji su izdržali ogroman tlak i zadržali mineralne soli i čestice do 5 mikrona. Dugo vremena nije bilo moguće primijeniti Loebove membrane za izravnu osmozu (stvaranje energije), jer bili su izuzetno skupi, kapriciozni u radu i imali su malu propusnost.

Do proboja u uporabi osmotskih membrana došlo je krajem 80-ih, kada su norveški znanstvenici Holt i Thorsen predložili upotrebu modificirani plastični film na bazi keramike, Poboljšanje strukture jeftinog polietilena omogućilo nam je oblikovanje prikladnih spiralnih membrana za uporabu u proizvodnji osmotske energije, Da bismo testirali tehnologiju za proizvodnju energije iz učinka osmoze, 2009. prvi je eksperiment na svijetu osmotska elektrana.

Nakon državne potpore i potrošnje više od 20 milijuna dolara, norveška energetska tvrtka Statkraft postala je pionir u novoj vrsti energije. Izgrađena osmotska elektrana proizvodi oko 4 kW snage, što je dovoljno za rad ... dva električna kotlića. Ciljevi izgradnje stanice mnogo su ozbiljniji: na kraju krajeva, testiranje tehnologije i testiranje u stvarnim uvjetima, materijali za membrane otvaraju put stvaranju mnogo moćnijih struktura.

Komercijalna privlačnost stanica započinje učinkovitošću uklanjanja električne energije veće od 5 vata po kvadratnom metru membrana.Na norveškoj stanici u Toftu ta vrijednost jedva prelazi 1 W / m2. No već danas se ispituju membrane s učinkom od 2,4 W / m2, a do 2015. očekuje se isplativa vrijednost od 5 W / m2.

Osmotska elektrana u Toftu

Ali postoje ohrabrujuće informacije iz istraživačkog centra u Francuskoj. Radeći s materijalima koji se temelje na ugljikovim nanocjevčicama, znanstvenici su na uzorcima dobili učinkovitost vađenja osmozne energije od oko 4000 W / m2. A to nije samo isplativo, već premašuje učinkovitost gotovo svih tradicionalnih izvora energije.

Još impresivniji izgledi obećavaju primjenu grafenski filmovi, Membrana debljine jednog atomskog sloja postaje potpuno propusna za molekule vode, zadržavajući ostale nečistoće. Učinkovitost takvog materijala može prelaziti 10 kW / m2. Vodeće korporacije u Japanu i Americi pridružile su se utrci za izradu membrana visokih performansi.

Ako će u sljedećem desetljeću biti moguće riješiti problem membrana osmotskih stanica, tada će novi izvor energije zauzeti vodeće mjesto u pružanju čovječanstvu ekološki prihvatljivih izvora energije. Za razliku od energije vjetra i sunca, postrojenja za izravnu osmozu mogu raditi svakodnevno i na njih ne utječu vremenski uvjeti.

Globalna rezerva energije osmoze je ogromna - godišnji ispust slatke riječne vode iznosi više od 3700 kubičnih kilometara. Ako se može iskoristiti samo 10% ovog volumena, tada se može proizvesti više od 1,5TW / h električne energije, tj. oko 50% europske potrošnje.

Ali ne samo da ovaj izvor može pomoći u rješavanju problema s energijom. Pomoću visoko učinkovitih membrana može se koristiti energija dubina oceana. Činjenica je da slanost vode ovisi o temperaturi, a različita je na različitim dubinama.

Koristeći temperaturne gradijente slanosti, ne možete se pričvrstiti na ušća rijeka u izgradnji stanica, već ih jednostavno smjestiti u oceane. Ali to je zadatak daleke budućnosti. Iako praksa pokazuje da je predviđanje tehnologije besprijekoran zadatak. I sutra nam budućnost može kucati u stvarnost.