Осмотична електроцентрала: чиста енергия от солена вода

Необходимо е веднага да се предупреди: в заглавието няма грешка, няма да има история за космическа енергия, съгласна с името. Ще го оставим на езотерици и писатели на научна фантастика. И ще говорим за обичайното явление, с което съжителстваме заедно през целия живот.

Колко хора знаят поради какви процеси соковете в дърветата се издигат до значителна височина? За секвоя е повече от 100 метра. Това транспортиране на сокове до зоната на фотосинтеза се случва поради работата на физическия ефект - т.е. осмоза, Той се състои в просто явление: в два разтвора с различна концентрация, поставени в съд с полупропусклива (пропусклива само за молекули разтворител) мембрана, след известно време се появява разлика в нивата. В буквалния превод от гръцкия език осмозата е тласък, натиск.

И сега от дивата природа ще се върнем към технологиите. Ако морска и сладка вода се поставят в съд с преграда, тогава поради различни концентрации на разтворени соли се появява осмотично налягане и нивото на морето се повишава. Водните молекули се движат от зона с висока концентрация към зона на разтвор, където има повече примеси и по-малко водни молекули.

Разликата във водните нива се използва по-нататък по обичайния начин: това е познатата работа на водноелектрическите централи. Единственият въпрос е Колко подходящ е ефектът на осмозата за промишлена употреба? Изчисленията показват, че когато солеността на морската вода е 35 g / литър, се получава спад на налягането от 2 389 464 Pascal или около 24 атмосфери поради феномена на осмозата. На практика това е еквивалентно на язовир с височина 240 метра.

Но освен натиск, селективността на мембраните и тяхната пропускливост също са много важна характеристика. В крайна сметка турбините не генерират енергия от диференциално налягане, а поради потока на водата. Тук доскоро имаше много сериозни трудности. Подходяща осмотична мембрана трябва да издържа на налягане, което е 20 пъти повече от налягането в обичайното водоснабдяване. В същото време имат висока порьозност, но запазват солевите молекули. Комбинацията от противоречиви изисквания за дълго време не позволяваше използването на осмоза за промишлени цели.

При решаването на проблемите с обезсоляването е измислена вода Лоева мембранакойто издържа на огромно налягане и задържа минерални соли и частици до 5 микрона. Дълго време не беше възможно да се прилагат мембрани на Льоб за директна осмоза (генериране на енергия), защото те бяха изключително скъпи, капризни в експлоатация и имаха ниска пропускливост.

Пробив в използването на осмотични мембрани дойде в края на 80-те, когато норвежките учени Холт и Торсен предложиха да се използва модифициран пластмасов филм на базата на керамика, Подобряването на структурата на евтин полиетилен ни позволи да създадем подходящ дизайн на спирални мембрани за използване при производството на осмотична енергия, За да се тества технологията за генериране на енергия от ефекта на осмозата, през 2009 г. е първият експеримент в света осмотична електроцентрала.

След като получи държавна помощ и изразходва повече от 20 милиона долара, норвежката енергийна компания Statkraft се превърна в пионер в нов тип енергия. Изградената осмотична централа произвежда около 4 кВт мощност, което е достатъчно за работа ... две електрически чайници. Но целите на изграждането на станцията са много по-сериозни: в края на краищата, тестване на технологията и тестване в реални условия материалите за мембраните отварят пътя към създаването на много по-мощни структури.

Търговската привлекателност на станциите започва с ефективност на отстраняване на мощност над 5 вата на квадратен мембран.В норвежката станция в Тофт тази стойност едва надвишава 1 W / m2. Но вече днес се тестват мембрани с ефективност 2,4 W / m2 и до 2015 г. се очаква рентабилна стойност от 5 W / m2.

Осмотична електроцентрала в Тофт

Но има окуражаваща информация от изследователски център във Франция. Работейки с материали, базирани на въглеродни нанотръби, учените са получили върху пробите ефективността на извличане на осмозна енергия от около 4000 W / m2. И това не е просто рентабилно, но надвишава ефективността на почти всички традиционни енергийни източници.

Още по-впечатляващи перспективи обещават приложение графенови филми, Мембрана с дебелина един атомен слой става напълно пропусклива за водни молекули, като същевременно запазва всякакви други примеси. Ефективността на такъв материал може да надвишава 10 kW / m2. Водещите корпорации в Япония и Америка се включиха в надпреварата за създаване на високоефективни мембрани.

Ако през следващото десетилетие ще бъде възможно да се реши проблемът с мембраните за осмотичните станции, тогава нов източник на енергия ще заеме водещо място в осигуряването на човечеството на екологично чисти енергийни източници. За разлика от вятърната и слънчевата енергия, инсталациите за директна осмоза могат да работят денонощно и не се влияят от метеорологичните условия.

Глобалният резерв на осмозна енергия е огромен - годишният заряд на прясна речна вода е повече от 3700 кубически километра. Ако може да се използва само 10% от този обем, тогава може да се генерира повече от 1,5 TW / h електрическа енергия, т.е. около 50% от европейското потребление.

Но не само този източник може да помогне за решаването на енергийния проблем. С високоефективни мембрани може да се използва енергията на дълбините на океана. Факт е, че солеността на водата зависи от температурата, а тя е различна на различни дълбочини.

Използвайки температурни градиенти на солеността, не можете да бъдете прикрепени към устията при изграждането на гари, а просто да ги поставите в океаните. Но това е задачата на далечното бъдеще. Въпреки че практиката показва, че даване на прогнози в технологиите е неблагодарна задача. И утре бъдещето може да почука на нашата реалност.