Osmotisk kraftværk: ren saltvandsenergi

Det er nødvendigt at advare med det samme: der er ingen fejl i titlen, der vil ikke være nogen historie om kosmisk energikonsonant med navnet. Vi overlader det til esoterikere og science fiction-forfattere. Og vi vil tale om det sædvanlige fænomen, som vi lever sammen med sammen gennem hele livet.

Hvor mange ved det, på grund af hvilke processer juiceene i træerne stiger til en betydelig højde? For sequoia er det mere end 100 meter. Denne transport af juice til fotosyntesesonen sker på grund af den fysiske effekt - osmose. Det består af et simpelt fænomen: i to opløsninger med forskellige koncentrationer, placeret i et kar med en semipermeabel (kun permeabel for opløsningsmiddelmolekyler) -membran, vises der en niveauforskel efter nogen tid. I den bogstavelige oversættelse fra det græske sprog osmose er et skub, pres.

Og nu vil vi vende tilbage til teknologi fra dyrelivet. Hvis hav og frisk vand anbringes i et fartøj med en septum, vises der på grund af forskellige koncentrationer af opløste salte osmotisk tryk og havoverfladen stiger. Vandmolekyler bevæger sig fra en zone med høj koncentration til en opløsningszone, hvor der er flere urenheder og færre vandmolekyler.

Forskellen i vandniveauer bruges yderligere på den sædvanlige måde: dette er det velkendte arbejde i vandkraftværker. Det eneste spørgsmål er Hvor passende er osmoseeffekten til industriel brug? Beregninger viser, at når saltvand i saltvand er 35 g / liter, skabes et trykfald på 2.389.464 Pascal eller ca. 24 atmosfærer på grund af fænomenet osmose. I praksis svarer dette til en dæmning med en højde på 240 meter.

Men ud over pres er membranernes selektivitet og deres permeabilitet også et meget vigtigt træk. Når alt kommer til alt genererer turbiner ikke energi fra et differenstryk, men på grund af strømmen af ​​vand. Her var der indtil for nylig meget alvorlige vanskeligheder. En egnet osmotisk membran skal modstå et tryk, der er 20 gange trykket i den sædvanlige vandforsyning. På samme tid har høj porøsitet, men bevarer saltmolekyler. Kombinationen af ​​modstridende krav i lang tid tillader ikke brug af osmose til industrielle formål.

Ved løsning af afsaltningsproblemerne blev vand opfundet Loeb membransom modstod et enormt tryk og fastholdt mineralsalte og partikler op til 5 mikron. I lang tid var det ikke muligt at anvende Loeb-membraner til direkte osmose (kraftproduktion), fordi de var ekstremt dyre, lunefulde under drift og havde lav permeabilitet.

Et gennembrud i brugen af ​​osmotiske membraner kom i slutningen af ​​80'erne, da de norske forskere Holt og Thorsen foreslog at bruge modificeret keramisk-baseret plastfolie. Forbedring af strukturen af ​​billig polyethylen gjorde det muligt for os at skabe design af egnede spiralmembraner til anvendelse i produktion af osmotisk energi. For at teste teknologien til generering af energi fra osmoseeffekten var i 2009 verdens første eksperimentelle osmotisk kraftstation.

Efter at have modtaget et statsstøtte og brugt mere end $ 20 millioner, er det norske energiselskab Statkraft blevet en pioner inden for en ny type energi. Det konstruerede osmotiske kraftværk producerer ca. 4 kW strøm, hvilket er nok til at arbejde ... to elkedler. Men målene med at bygge stationen er meget mere alvorlige: Når alt kommer til alt testes teknologien og testes under reelle forhold materialerne til membranerne åbner vejen for oprettelse af meget mere kraftfulde strukturer.

Stationernes kommercielle appel begynder med en effektudtagningseffektivitet på mere end 5 watt pr. Kvadratmeter membraner.På den norske station i Toft overstiger denne værdi næppe 1 W / m2. Men allerede i dag testes membraner med en virkningsgrad på 2,4 W / m2, og i 2015 forventes en omkostningseffektiv værdi på 5 W / m2.

Osmotisk kraftstation i Toft

Men der er opmuntrende information fra et forskningscenter i Frankrig. Arbejdende med materialer baseret på kulstofnanorør opnåede forskere på prøverne effektiviteten af ​​ekstraktion af osmoseenergi på ca. 4000 W / m2. Og dette er ikke kun omkostningseffektivt, men overstiger effektiviteten i næsten alle traditionelle energikilder.

Endnu mere imponerende udsigter lover anvendelse grafenfilm. En membran med en tykkelse på et atomlag bliver fuldstændigt permeabel for vandmolekyler, mens alle andre urenheder bibeholdes. Effektiviteten af ​​et sådant materiale kan overstige 10 kW / m2. Ledende virksomheder i Japan og Amerika deltog i løbet om at skabe højtydende membraner.

Hvis det i det næste årti vil være muligt at løse membranproblemet til osmotiske stationer, vil en ny energikilde indtage en førende plads med hensyn til at give menneskeheden miljøvenlige energikilder. I modsætning til vind- og solenergi kan direkte osmoseplanter arbejde døgnet rundt og påvirkes ikke af vejrforholdene.

Den globale reserve af osmoseenergi er enorm - den årlige udledning af frisk flodvand er mere end 3.700 kubik kilometer. Hvis kun 10% af dette volumen kan bruges, kan der genereres mere end 1,5TW / h elektrisk energi, dvs. omkring 50% af det europæiske forbrug.

Men ikke kun denne kilde kan hjælpe med at løse energiproblemet. Med meget effektive membraner kan energien fra havets dybder bruges. Faktum er, at vandets saltindhold afhænger af temperaturen, og at det er forskelligt på forskellige dybder.

Ved hjælp af saltholdighedsgradienter kan du ikke fastgøres til flodernes mundinger ved konstruktion af stationer, men blot placere dem i verdenshavene. Men dette er den fjerne fremtids opgave. Selvom praksis viser, at det er en utakkeløs opgave at fremsætte forudsigelser inden for teknologi. Og i morgen kan fremtiden banke på vores virkelighed.

Comments

[#1]

Og kan du forklare mere detaljeret mekanik i processen? Og så kan jeg ligesom den bedstemor, der talte i detaljer om princippet om drift af en dampmotor på et damplokomotiv, og så siger hun: "Alt er klart, søn, forstår du. Du siger bare, hvor hesten er udnyttet?" Antag, at et rensningsanlæg udleder spildevand efter behandling på havet, dvs. vi har to kilder til vand med forskellige saltholdigheder, derudover er havvand til stede som i statisk, og frisk vand udledes konstant. Så hvad? Lad os sige, de organiserede et andet reservoir med en membran i midten, i den ene halvdel - frisk vand, i den anden - noget salt - salt ... Så hvad? Ser vi virkelig, at vandstanden stiger til halvdelen med saltvand? Det ser ud til at være klart, at forskellen i niveauer allerede kan anvendes. Men alligevel, kommenter.

[#2]

Interessant idé ...
Spørgsmålet er dog - hvorfor hegn en have med membraner for at hæve saltvand ved flodens munding? Det er tvivlsomt, at den potentielle energi i volumenet af saltvand, der rejses ved osmose, væsentligt vil overstige energien i flodstrømmen ved mundingen ....
Hvorfor er det mere rentabelt at skabe et delta med osmose, når det allerede er tilgængeligt - frisk vand flyder ud i havet fra en flod. ..... Osmoseteknologi tilbyder at blokere frisk vand med en membran, gennem hvilken det samme vand trænger igennem i saltvand .... godt og stige til et vist niveau op ....Hvordan opnås en positiv energibalance i et system med en membran sammenlignet med direkte anvendelse af drænenergien i et givet volumen vand?

[#3 Jacob]

Et osmotisk kraftværk kontrollerer blanding af salt og ferskvand, hvorved energi udvindes fra den stigende entropi af væsker. Blanding finder sted i en tank, der er opdelt i to rum med en semipermeabel membran. Havvand leveres til det ene rum og frisk til det andet. På grund af den forskellige koncentration af salte i havet og ferskvand passerer vandmolekyler fra det friske rum, når de prøver at udjævne saltkoncentrationen, gennem membranen ind i det marine rum. Som et resultat af denne proces frembringes et overskydende tryk i havvandsrummet, som igen bruges til at rotere den hydroturbinproducerende elektricitet.

[#4]

Jeg vil gerne se et link til opmuntrende information, der siger 4 kW pr. M ^ 2. Nå, jeg vil gerne vide, hvordan de vil rense membranerne, som i havvand vil tilstoppe med alle mulige urenheder med det samme.