Osmotisk kraftverk: ren saltvannsenergi

Det er nødvendig å advare med en gang: det er ingen feil i tittelen, det vil ikke være noen historie om kosmisk energikonsonant med navnet. Vi overlater det til esoterikere og science fiction-forfattere. Og vi vil snakke om det vanlige fenomenet som vi sameksisterer sammen med hele livet.

Hvor mange vet det på grunn av hvilke prosesser juice i trær stiger til betydelig høyde? For sequoia er den mer enn 100 meter. Denne transporten av juice til fotosyntesesonen skjer på grunn av arbeidet med den fysiske effekten - osmose. Det består i et enkelt fenomen: i to løsninger med forskjellige konsentrasjoner, plassert i et kar med en semipermeabel (bare permeabel for løsemiddelmolekyler) membran, vises en nivåforskjell etter en tid. I bokstavelig oversettelse fra det greske språket osmose er et trykk, trykk.

Og nå fra dyreliv vil vi tilbake til teknologi. Hvis sjø og ferskvann blir plassert i et fartøy med en septum, vises det på grunn av forskjellige konsentrasjoner av oppløste salter osmotisk trykk og havnivået stiger. Vannmolekyler beveger seg fra en sone med høy konsentrasjon til en oppløsningsone, der det er flere urenheter og færre vannmolekyler.

Forskjellen i vannstander brukes videre på vanlig måte: dette er det kjente arbeidet til vannkraftverk. Det eneste spørsmålet er Hvor passende er osmoseeffekten for industriell bruk? Beregninger viser at når saltvannet av sjøvann er 35 g / liter, opprettes et trykkfall på 2.389.464 Pascal eller omtrent 24 atmosfærer på grunn av fenomenet osmose. I praksis tilsvarer dette en demning med en høyde på 240 meter.

Men foruten trykk, er selektiviteten til membranene og deres permeabilitet også et veldig viktig kjennetegn. Tross alt genererer ikke turbiner energi fra et differansetrykk, men på grunn av vannstrømmen. Her var det inntil nylig veldig alvorlige vanskeligheter. En passende osmotisk membran må tåle trykk som er 20 ganger trykket i vanlig vannforsyning. På samme tid har du høy porøsitet, men beholder saltmolekyler. Kombinasjonen av motstridende krav i lang tid tillot ikke bruk av osmose til industrielle formål.

Ved å løse problemer med avsalting ble vann oppfunnet Loeb membransom motstått enormt trykk og beholdt mineralsalter og partikler opp til 5 mikron. På lang tid var det ikke mulig å påføre Loeb-membraner for direkte osmose (kraftproduksjon), fordi de var ekstremt dyre, lunefulle i drift og hadde lav permeabilitet.

Et gjennombrudd i bruken av osmotiske membraner kom på slutten av 80-tallet, da de norske forskerne Holt og Thorsen foreslo å bruke modifisert keramikkbasert plastfilm. Forbedring av strukturen til billig polyetylen tillot oss å lage utformingen av spiralmembraner som er passende for bruk i produksjon av osmotisk energi. For å teste teknologien for å generere energi fra osmoseeffekten, var verdens første eksperimentelle i 2009 osmotisk kraftstasjon.

Etter å ha mottatt et statlig tilskudd og brukt mer enn 20 millioner dollar, har det norske energiselskapet Statkraft blitt en pioner innen en ny type energi. Det konstruerte osmotiske kraftverket produserer omtrent 4 kW kraft, som er nok til å fungere ... to vannkokere. Men målene med å bygge stasjonen er mye mer alvorlige: når alt kommer til alt, å teste teknologien og teste under reelle forhold materialene for membranene åpner veien for å skape mye kraftigere strukturer.

Stasjonenes kommersielle appell begynner med en kraftfjerningseffektivitet på mer enn 5 watt per kvadratmeter membraner.På den norske stasjonen i Toft overstiger denne verdien knapt 1 W / m2. Men allerede i dag testes membraner med en virkningsgrad på 2,4 W / m2, og innen 2015 forventes en kostnadseffektiv verdi på 5 W / m2.

Osmotisk kraftstasjon i Toft

Men det er oppmuntrende informasjon fra et forskningssenter i Frankrike. Arbeider med materialer basert på karbon nanorør, og forskere oppnådde på prøvene effektiviteten av osmoseenergiekstraksjon på rundt 4000 W / m2. Og dette er ikke bare kostnadseffektivt, men overgår effektiviteten til nesten alle tradisjonelle energikilder.

Enda mer imponerende utsikter lover søknad grafenfilmer. En membran med en tykkelse på ett atomlag blir helt gjennomtrengelig for vannmolekyler, mens alle andre urenheter beholdes. Effektiviteten til et slikt materiale kan overstige 10 kW / m2. Ledende selskaper i Japan og Amerika deltok i kappløpet om å lage høyytelsesmembraner.

Hvis det i det neste tiåret vil være mulig å løse membranproblemet for osmotiske stasjoner, vil en ny energikilde ta en ledende plass når det gjelder å gi menneskeheten miljøvennlige energikilder. I motsetning til vind- og solenergi, kan direkte osmoseanlegg arbeide døgnet rundt og blir ikke påvirket av værforholdene.

Den globale reserven av osmoseenergi er enorm - den årlige utslippet av ferskt elvevann er mer enn 3.700 kubikk kilometer. Hvis bare 10% av dette volumet kan brukes, kan mer enn 1,5TW / h elektrisk energi genereres, dvs. omtrent 50% av det europeiske forbruket.

Men ikke bare denne kilden kan bidra til å løse energiproblemet. Med svært effektive membraner kan energien fra havdypet brukes. Faktum er at saltholdigheten til vannet avhenger av temperaturen, og det er forskjellig på forskjellige dybder.

Ved å bruke saltholdighetsgradienter kan du ikke være festet til elvenes munn ved konstruksjon av stasjoner, men bare plassere dem i havene. Men dette er den fjerne fremtidens oppgave. Selv om praksis viser at det å lage forutsigelser innen teknologi er en takknemlig oppgave. Og i morgen kan fremtiden banke på vår virkelighet.

Comments

[#1]

Og kan du forklare nærmere mekanikken i prosessen? Og så liker jeg bestemoren, som snakket i detalj om prinsippet om drift av en dampmotor på et damplokomotiv, og så sier hun: "Alt er klart, sønn, forstår du. Du forteller meg bare hvor hesten er utnyttet?" Anta at et renseanlegg slipper ut spillvann etter behandling til sjøs, d.v.s. vi har to kilder til vann med forskjellig saltholdighet, dessuten er sjøvann til stede som i statisk, og ferskvann slippes stadig ut. Så hva? La oss si, de organiserte et nytt reservoar med en membran i midten, i den ene halvdelen - ferskvann, i den andre - noe salt - salt ... Så hva? Vil vi virkelig se at vannstanden stiger til to med saltvann? Det ser ut til å være tydelig at forskjellen i nivåer allerede kan brukes. Men uansett, kommenter.

[#2]

Interessant ide ...
Spørsmålet er imidlertid - hvorfor gjerde en hage med membraner for å heve saltvann ved elvenes munning? Det er tvilsomt at den potensielle energien i volumet av saltvann hevet ved osmose betydelig vil overstige energien fra elvestrømmen ved munningen ...
Hvorfor er det mer lønnsomt å lage et delta med osmose, når det allerede er tilgjengelig - ferskvann renner ut i havet fra en elv. ..... Osmoseteknologi tilbyr å blokkere ferskvann med en membran som det samme vannet vil trenge gjennom i saltvann .... vel, og stige til et visst nivå opp ....Hvordan oppnås en positiv energibalanse i et system med en membran sammenlignet med direkte bruk av avløpsenergien til et gitt vannvolum?

[#3 Jacob]

Et osmotisk kraftverk kontrollerer blanding av salt og ferskvann, og trekker derved energi ut fra den økende væsken. Blanding skjer i en tank, som er delt i to rom med en semipermeabel membran. Sjøvann tilføres til et rom, og friskt til et annet. På grunn av den forskjellige konsentrasjonen av salter i sjø og ferskvann, passerer vannmolekyler fra det ferske kammeret, prøver å jevne ut saltkonsentrasjonen, gjennom membranen inn i det marine kammeret. Som et resultat av denne prosessen genereres overflødig trykk i sjøvannsrommet, som igjen brukes til å rotere den hydroturbin-genererende strømmen.

[#4]

Jeg vil gjerne se en lenke til oppmuntrende informasjon som sier 4 kW per m ^ 2. Vel, jeg vil gjerne vite hvordan de skal rense membranene, som i sjøvann vil tette øyeblikkelig opp med alle slags urenheter.