Osmotische energiecentrale: pure zout water energie

Het is noodzakelijk om meteen te waarschuwen: er is geen fout in de titel, er zal geen verhaal zijn over kosmische energie die overeenkomt met de naam. We laten het over aan esoterici en sciencefictionschrijvers. En we zullen praten over het gebruikelijke fenomeen waarmee we naast elkaar bestaan ​​gedurende het hele leven.

Hoeveel mensen weten door welke processen de sappen in bomen tot een aanzienlijke hoogte stijgen? Voor sequoia is het meer dan 100 meter. Dit transport van sappen naar de fotosynthese-zone vindt plaats vanwege het werk van het fysieke effect - osmose. Het bestaat uit een eenvoudig fenomeen: in twee oplossingen met verschillende concentraties, geplaatst in een vat met een semipermeabel (alleen permeabel voor oplosmiddelmoleculen) membraan, verschijnt na enige tijd een niveauverschil. In de letterlijke vertaling van de Griekse taal osmose is een duw, druk.

En nu van de natuur keren we terug naar technologie. Als zee en zoet water in een vat met een tussenschot worden geplaatst, verschijnt er vanwege verschillende concentraties opgeloste zouten osmotische druk en de zeespiegel stijgt. Watermoleculen bewegen van een zone met hoge concentratie naar een oplossingszone, waar meer onzuiverheden en minder watermoleculen zijn.

Het verschil in waterstanden wordt verder op de gebruikelijke manier gebruikt: dit is het vertrouwde werk van waterkrachtcentrales. De enige vraag is Hoe geschikt is het osmose-effect voor industrieel gebruik? Berekeningen tonen aan dat wanneer het zoutgehalte van zeewater 35 g / liter is, een drukval van 2 389 464 Pascal of ongeveer 24 atmosfeer wordt veroorzaakt door het fenomeen osmose. In de praktijk komt dit overeen met een dam met een hoogte van 240 meter.

Maar naast druk zijn ook de selectiviteit van de membranen en hun permeabiliteit een zeer belangrijke eigenschap. Turbines genereren immers geen energie uit een drukverschil, maar door de waterstroom. Hier waren tot voor kort zeer ernstige moeilijkheden. Een geschikt osmotisch membraan moet bestand zijn tegen druk die 20 keer de druk in de gebruikelijke watertoevoer is. Tegelijkertijd hebben een hoge porositeit, maar behouden zoutmoleculen. De combinatie van conflicterende eisen gedurende lange tijd stond het gebruik van osmose voor industriële doeleinden niet toe.

Bij het oplossen van de ontziltingsproblemen werd water uitgevonden Loeb membraandie een enorme druk doorstond en minerale zouten en deeltjes tot 5 micron vasthield. Lange tijd was het niet mogelijk om Loeb-membranen toe te passen voor directe osmose (stroomopwekking), omdat ze waren extreem duur, wispelturig in gebruik en hadden een lage doorlaatbaarheid.

Een doorbraak in het gebruik van osmotische membranen kwam in de late jaren 80, toen de Noorse wetenschappers Holt en Thorsen stelden voor gemodificeerde keramische film op kunststofbasis. Door de structuur van goedkoop polyethyleen te verbeteren, konden we het ontwerp van geschikte spiraalmembranen maken voor gebruik bij de productie van osmotische energie. Om de technologie voor het opwekken van energie uit het osmose-effect te testen, in 2009 's werelds eerste experimentele osmotische krachtcentrale.

Met het ontvangen van een overheidssubsidie ​​en het uitgeven van meer dan $ 20 miljoen, is het Noorse energiebedrijf Statkraft een pionier in een nieuw type energie geworden. De geconstrueerde osmotische krachtcentrale produceert ongeveer 4 kW vermogen, wat genoeg is om te werken ... twee waterkokers. Maar de doelen van het bouwen van het station zijn veel serieuzer: het testen van de technologie en het testen in reële omstandigheden van de materialen voor de membranen openen immers de weg naar het creëren van veel krachtigere structuren.

De commerciële aantrekkingskracht van de stations begint met een vermogenverwijderingsefficiëntie van meer dan 5 watt per vierkante meter membranen.Op het Noorse station in Toft overschrijdt deze waarde amper 1 W / m2. Maar vandaag worden membranen met een efficiëntie van 2,4 W / m2 getest en tegen 2015 wordt een kosteneffectieve waarde van 5 W / m2 verwacht.

Osmotische krachtcentrale in Toft

Maar er is bemoedigende informatie van een onderzoekscentrum in Frankrijk. Werkend met materialen op basis van koolstofnanobuizen, verkregen wetenschappers op de monsters de efficiëntie van energie-extractie van osmose van ongeveer 4000 W / m2. En dit is niet alleen kostenbesparend, maar overtreft de efficiëntie van bijna alle traditionele energiebronnen.

Nog indrukwekkendere vooruitzichten beloven toepassing grafeen films. Een membraan met een dikte van één atoomlaag wordt volledig doorlatend voor watermoleculen, terwijl andere onzuiverheden behouden blijven. De efficiëntie van een dergelijk materiaal kan hoger zijn dan 10 kW / m2. Toonaangevende bedrijven in Japan en Amerika namen deel aan de race om hoogwaardige membranen te maken.

Als het in het volgende decennium mogelijk zal zijn om het probleem van membranen voor osmotische stations op te lossen, dan zal een nieuwe energiebron een leidende plaats innemen in het voorzien van milieuvriendelijke energiebronnen voor de mensheid. In tegenstelling tot wind- en zonne-energie kunnen planten met directe osmose de klok rond werken en worden ze niet beïnvloed door weersomstandigheden.

De wereldwijde reserve van osmose-energie is enorm - de jaarlijkse afvoer van zoet rivierwater is meer dan 3.700 kubieke kilometer. Als slechts 10% van dit volume kan worden gebruikt, kan meer dan 1,5TW / h elektrische energie worden gegenereerd, d.w.z. ongeveer 50% van het Europese verbruik.

Maar niet alleen deze bron kan het energieprobleem helpen oplossen. Met zeer efficiënte membranen kan de energie van de diepten van de oceaan worden gebruikt. Het feit is dat het zoutgehalte van het water afhangt van de temperatuur en dat het op verschillende diepten verschilt.

Met behulp van temperatuurgradiënten van zoutgehalte, kunt u niet worden bevestigd aan de monding van rivieren bij de bouw van stations, maar plaats ze eenvoudig in de oceanen. Maar dit is de taak van de verre toekomst. Hoewel uit de praktijk blijkt dat het doen van voorspellingen in technologie een ondankbare taak is. En morgen kan de toekomst onze realiteit aantasten.

Comments

[#1]

En kun je de mechanica van het proces nader toelichten? En dan, net als die grootmoeder, die in detail sprak over het principe van de werking van een stoommachine op een stoomlocomotief, en dan zegt ze: "Alles is duidelijk, zoon, begrijp het. Vertel je me gewoon waar het paard wordt ingezet?" Stel dat een zuiveringsinstallatie afvalwater loost na behandeling op zee, d.w.z. we hebben twee waterbronnen met een verschillend zoutgehalte, bovendien is zeewater aanwezig alsof het in statische toestand is en wordt zoet water constant geloosd. Dus wat? Laten we zeggen, ze organiseerden nog een reservoir met een membraan in het midden, in de ene helft - zoet water, in de andere - iets zouts - zout ... Dus wat? Zullen we echt zien dat het waterniveau met zout water met de helft stijgt? Het lijkt duidelijk dat het verschil in niveaus al kan worden gebruikt. Maar goed, reageer.

[#2]

Interessant idee ...
De vraag is echter - waarom een ​​tuin van membranen afschermen om zout water aan de monding van de rivier op te voeren? Het is twijfelachtig dat de potentiële energie van het volume zout water dat wordt opgewekt door osmose de energie van de rivierstroom bij de mond aanzienlijk zal overtreffen ....
Waarom is het rendabeler om een ​​delta met osmose te maken, wanneer deze al beschikbaar is - zoet water stroomt vanuit een rivier in zee. ..... Osmose technologie biedt aan om zoet water te blokkeren met een membraan waardoor hetzelfde water in zout water zal doordringen .... nou ja, en tot een bepaald niveau omhoog stijgt ....Hoe wordt een positieve energiebalans verkregen in een systeem met een membraan in vergelijking met direct gebruik van de drain-energie van een bepaald volume water?

[#3 Jakob]

Een osmotisch krachtstation regelt het mengen van zout en zoet water, waardoor energie wordt onttrokken aan de toenemende entropie van vloeistoffen. Het mengen vindt plaats in een tank, die door een semipermeabel membraan in twee compartimenten is verdeeld. Zeewater wordt aan het ene compartiment toegevoerd en vers aan het andere. Vanwege de verschillende concentratie van zouten in zee en zoet water, gaan watermoleculen uit het verse compartiment, proberen de zoutconcentratie gelijk te maken, door het membraan naar het mariene compartiment. Als gevolg van dit proces wordt overdruk gegenereerd in het zeewatercompartiment, dat op zijn beurt wordt gebruikt om de hydroturbine te genereren die elektriciteit opwekt.

[#4]

Ik zou graag een link zien naar bemoedigende informatie met 4 kW per m ^ 2. Welnu, ik zou graag willen weten hoe ze de membranen gaan reinigen, die in zeewater direct verstopt raken met allerlei onzuiverheden.