Osmotická elektrárna: energie čisté slané vody

Je třeba okamžitě varovat: v názvu není žádná chyba, nebude existovat příběh o kosmické energii souhlásky se jménem. Necháme to na esotericistech a spisovatelích sci-fi. A budeme hovořit o obvyklém jevu, se kterým spolu žijeme po celý život.

Kolik lidí ví, v jakých procesech se šťávy ve stromech zvedají do značné výšky? U sekvoje je to více než 100 metrů. K tomuto transportu šťáv do fotosyntetické zóny dochází díky práci fyzického efektu - osmóza. Spočívá v jednoduchém jevu: ve dvou roztocích různých koncentrací, umístěných v nádobě s semipermeabilní membránou (propustnou pouze pro molekuly rozpouštědla), se po určité době objeví hladinový rozdíl. V doslovném překladu z řeckého jazyka osmóza je tlak, tlak.

A nyní z divočiny se vrátíme k technologii. Pokud se do nádoby se septem umístí moře a čerstvá voda, objeví se v důsledku různých koncentrací rozpuštěných solí osmotický tlak a hladina moře stoupá. Molekuly vody se pohybují ze zóny s vysokou koncentrací do zóny roztoku, kde je více nečistot a méně molekul vody.

Rozdíl v hladinách vody se dále používá obvyklým způsobem: jedná se o známou práci vodních elektráren. Jedinou otázkou je Jaký je efekt osmózy pro průmyslové použití? Výpočty ukazují, že když je slanost mořské vody 35 g / litr, v důsledku fenoménu osmózy se vytvoří pokles tlaku o 2 389 464 Pascal nebo asi 24 atmosfér. V praxi to odpovídá přehradě s výškou 240 metrů.

Ale kromě tlaku jsou velmi důležitou charakteristikou také selektivita membrán a jejich propustnost. Konec konců, turbíny negenerují energii z diferenčního tlaku, ale kvůli proudu vody. Zde až donedávna existovaly velmi závažné problémy. Vhodná osmotická membrána musí odolat tlaku, který je 20krát vyšší než tlak v obvyklém přívodu vody. Zároveň mají vysokou porozitu, ale zachovávají si molekuly soli. Kombinace protichůdných požadavků po dlouhou dobu neumožňovala použití osmózy pro průmyslové účely.

Při řešení problémů s odsolováním byla vynalezena voda Loebova membránakterý vydržel ohromný tlak a zadržel minerální soli a částice do 5 mikronů. Po dlouhou dobu nebylo možné použít Loebovy membrány pro přímou osmózu (výroba energie), protože byly extrémně drahé, rozmarné v provozu a měly nízkou propustnost.

Průlom v používání osmotických membrán přišel na konci 80. let, když norští vědci Holt a Thorsen navrhli použití modifikovaná plastová fólie na bázi keramiky. Zlepšení struktury levného polyethylenu nám umožnilo vytvořit vhodný design spirálních membrán pro použití při výrobě osmotické energie. Chcete-li vyzkoušet technologii výroby energie z efektu osmózy, byl v roce 2009 prvním experimentem na světě osmotická elektrárna.

Norská energetická společnost Statkraft, která obdržela státní dotaci a utratila více než 20 milionů dolarů, se stala průkopníkem v novém druhu energie. Postavená osmotická elektrárna produkuje asi 4 kW energie, což je dostačující pro práci ... dva elektrické varné konvice. Cíle výstavby stanice jsou však mnohem vážnější: konec konců, testování technologie a testování v reálných podmínkách materiály pro membrány otevírají cestu k vytváření mnohem silnějších struktur.

Komerční přitažlivost stanic začíná účinností odběru energie vyšší než 5 wattů na metr čtvereční membrán.Na norské stanici v Toft tato hodnota stěží přesahuje 1 W / m2. Již dnes se však testují membrány s účinností 2,4 W / m2 a do roku 2015 se očekává nákladově efektivní hodnota 5 W / m2.

Osmotic Power Station in Toft

Existují však povzbudivé informace z výzkumného střediska ve Francii. Při práci s materiály na bázi uhlíkových nanotrubic získali vědci na vzorcích účinnost extrakce energie osmózy asi 4000 W / m2. A to není jen efektivní z hlediska nákladů, ale převyšuje účinnost téměř všech tradičních zdrojů energie.

Ještě působivější vyhlídky slibují aplikaci grafenové filmy. Membrána o tloušťce jedné atomové vrstvy se stává zcela propustnou pro molekuly vody, přičemž si zachovává jakékoli další nečistoty. Účinnost takového materiálu může přesáhnout 10 kW / m2. Do závodu se připojily přední korporace v Japonsku a Americe a vytvořily vysoce výkonné membrány.

Pokud v příštím desetiletí bude možné vyřešit problém membrán pro osmotické stanice, bude nový zdroj energie zaujmout vedoucí postavení v poskytování lidstva ekologickým zdrojům energie. Na rozdíl od větrné a sluneční energie mohou rostliny s přímou osmózou pracovat nepřetržitě a nejsou ovlivněny povětrnostními podmínkami.

Světová rezerva energie osmózy je obrovská - roční vypouštění sladké říční vody je více než 3 700 kubických kilometrů. Pokud lze použít pouze 10% tohoto objemu, může být generováno více než 1,5TW / h elektrické energie, tj. asi 50% evropské spotřeby.

Ale nejen tento zdroj může pomoci vyřešit energetický problém. S vysoce účinnými membránami lze využít energii hlubin oceánu. Skutečnost je taková, že slanost vody závisí na teplotě a liší se v různých hloubkách.

Při použití teplotních gradientů slanosti se nemůžete při stavbě stanic připojit k ústí řek, ale jednoduše je umístit do oceánů. Ale to je úkol vzdálené budoucnosti. Přestože praxe ukazuje, že vytváření předpovědí v technologii je nevděčný úkol. A zítra může budoucnost zaklepat na naši realitu.