โรงไฟฟ้าออสโมติก: พลังงานน้ำเกลือบริสุทธิ์

จำเป็นต้องเตือนทันที: ไม่มีข้อผิดพลาดในชื่อเรื่องจะไม่มีเรื่องราวเกี่ยวกับพลังงานของจักรวาลที่สอดคล้องกับชื่อ เราจะทิ้งไว้ให้ผู้มีความลับและนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ และเราจะพูดถึงปรากฏการณ์ปกติที่เราอยู่ร่วมกันตลอดชีวิต

มีกี่คนที่รู้ว่ากระบวนการน้ำผลไม้ในต้นไม้มีความสูงมากเพียงใด? สำหรับ Sequoia มันมีความยาวมากกว่า 100 เมตร การขนส่งน้ำผลไม้ไปยังโซนการสังเคราะห์แสงนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการทำงานของผลกระทบทางกายภาพ - ออสโมซิ. มันประกอบไปด้วยปรากฏการณ์ง่าย ๆ : ในสองวิธีแก้ปัญหาของความเข้มข้นที่แตกต่างกันวางไว้ในเรือที่มี semipermeable (ดูดซึมได้เฉพาะสำหรับโมเลกุลตัวทำละลาย) เมมเบรนแตกต่างระดับปรากฏขึ้นหลังจากเวลา ในการแปลตามตัวอักษรจากภาษากรีก ออสโมซิสคือการกดความดัน.

และจากสัตว์ป่าเราจะกลับไปสู่เทคโนโลยี หากทะเลและน้ำจืดวางอยู่ในเรือที่มีกะบังแสดงว่ามีความเข้มข้นของเกลือละลายที่แตกต่างกันปรากฏขึ้น แรงดันออสโมติก และระดับน้ำทะเลสูงขึ้น โมเลกุลของน้ำจะย้ายจากโซนที่มีความเข้มข้นสูงไปยังโซนของสารละลายซึ่งมีสิ่งเจือปนมากกว่าและโมเลกุลของน้ำจะมีน้อยลง

ความแตกต่างของระดับน้ำถูกนำมาใช้เพิ่มเติมตามปกติ: นี่คืองานที่คุ้นเคยของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ คำถามเดียวก็คือ ออสโมซิสมีผลต่อการใช้งานในอุตสาหกรรมอย่างไร การคำนวณแสดงให้เห็นว่าเมื่อความเค็มของน้ำทะเลคือ 35 กรัม / ลิตรแรงดันตกที่ 2,389,464 ปาสคาลหรือประมาณ 24 บรรยากาศถูกสร้างขึ้นเนื่องจากปรากฏการณ์ของออสโมซิส ในทางปฏิบัติสิ่งนี้เทียบเท่ากับเขื่อนที่มีความสูง 240 เมตร

แต่นอกเหนือจากความดันการเลือกของเยื่อหุ้มและการซึมผ่านของพวกมันก็เป็นลักษณะที่สำคัญมากเช่นกัน ท้ายที่สุดกังหันจะไม่สร้างพลังงานจากแรงดันที่แตกต่างกัน แต่เนื่องมาจากการไหลของน้ำ ที่นี่จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้มีปัญหาร้ายแรงมาก เมมเบรนออสโมติกที่เหมาะสมจะต้องทนต่อแรงดันที่ 20 เท่าของความดันในแหล่งจ่ายน้ำปกติ ในเวลาเดียวกันมีความพรุนสูง แต่เก็บโมเลกุลของเกลือไว้ การรวมกันของข้อกำหนดที่ขัดแย้งกันมาเป็นเวลานานไม่อนุญาตให้ใช้ออสโมซิสเพื่อการอุตสาหกรรม

ในการแก้ปัญหาของการกลั่นน้ำทะเลน้ำถูกคิดค้น เยื่อเมือก Loebซึ่งทนต่อแรงกดอย่างมากและยังคงเกลือแร่และอนุภาคได้ถึง 5 ไมครอน เป็นเวลานานมันเป็นไปไม่ได้ที่จะใช้แผ่นเยื่อ Loeb สำหรับการดูดซึมโดยตรง (การผลิตกระแสไฟฟ้า) เพราะ พวกเขามีราคาแพงมากตามอำเภอใจในการดำเนินงานและมีการซึมผ่านต่ำ

ความก้าวหน้าในการใช้เมมเบรนออสโมติกเกิดขึ้นในช่วงปลายยุค 80 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชาวนอร์เวย์ Holt และ Thorsen แนะนำให้ใช้ ฟิล์มพลาสติกที่ดัดแปลงจากเซรามิก. การปรับปรุงโครงสร้างของโพลีเอทิลีนราคาถูกทำให้เราสามารถสร้างการออกแบบเมมเบรนแบบเกลียวที่เหมาะสม เพื่อใช้ในการผลิตพลังงานออสโมติก. เพื่อทดสอบเทคโนโลยีการสร้างพลังงานจากผลกระทบของการดูดซึมในปี 2009 การทดลองครั้งแรกของโลก สถานีพลังงานออสโมติก.

เมื่อได้รับเงินช่วยเหลือจากรัฐและใช้จ่ายมากกว่า $ 20 ล้าน Statkraft บริษัท พลังงานของนอร์เวย์ได้กลายเป็นผู้บุกเบิกด้านพลังงานรูปแบบใหม่ โรงไฟฟ้าออสโมติกที่สร้างขึ้นผลิตพลังงานประมาณ 4 กิโลวัตต์ซึ่งเพียงพอสำหรับการทำงาน ... กาต้มน้ำไฟฟ้าสองเครื่อง แต่เป้าหมายของการสร้างสถานีนั้นมีความร้ายแรงมากขึ้น: หลังจากทั้งหมดการทดสอบเทคโนโลยีและการทดสอบในสภาพจริงวัสดุสำหรับเมมเบรนจะเปิดทางไปสู่การสร้างโครงสร้างที่ทรงพลังมากขึ้น

การดึงดูดเชิงพาณิชย์ของสถานีเริ่มต้นด้วยประสิทธิภาพการกำจัดพลังงานมากกว่า 5 วัตต์ต่อตารางเมตรของเยื่อหุ้มที่สถานีนอร์เวย์ใน Toft ค่านี้แทบเกิน 1 W / m2 แต่วันนี้เยื่อหุ้มที่มีประสิทธิภาพ 2.4 W / m2 กำลังถูกทดสอบและภายในปี 2558 คาดว่าจะคุ้มค่า 5 W / m2

สถานีพลังงาน Osmotic ใน Toft

แต่มีข้อมูลสนับสนุนจากศูนย์วิจัยในฝรั่งเศส การทำงานกับวัสดุที่ขึ้นอยู่กับท่อนาโนคาร์บอนนักวิทยาศาสตร์ได้จากตัวอย่างประสิทธิภาพของการสกัดพลังงานออสโมซิสประมาณ 4,000 W / m2 และนี่ไม่เพียง แต่คุ้มค่า แต่เกินกว่าประสิทธิภาพของแหล่งพลังงานเกือบทั้งหมด

แอพพลิเคชั่นสัญญาที่น่าประทับใจยิ่งขึ้น ภาพยนตร์กราฟีน. เมมเบรนที่มีความหนาของชั้นหนึ่งของอะตอมจะซึมเข้าไปในโมเลกุลของน้ำได้อย่างสมบูรณ์ในขณะที่ยังคงรักษาสิ่งสกปรกอื่น ๆ เอาไว้ ประสิทธิภาพของวัสดุดังกล่าวสามารถเกิน 10 kW / m2 บริษัท ชั้นนำในญี่ปุ่นและอเมริกาเข้าร่วมการแข่งขันเพื่อสร้างเยื่อหุ้มประสิทธิภาพสูง

หากในทศวรรษหน้ามันเป็นไปได้ที่จะแก้ปัญหาของเยื่อหุ้มเซลล์สำหรับสถานีออสโมติกแหล่งพลังงานใหม่จะเป็นผู้นำในการจัดหาแหล่งพลังงานที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมแก่มนุษยชาติ ซึ่งแตกต่างจากลมและพลังงานแสงอาทิตย์พืชออสโมซิสโดยตรงสามารถทำงานได้ตลอดเวลาและไม่ได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศ

พลังงานสำรองออสโมซิสทั่วโลกมีขนาดใหญ่มาก - การปล่อยน้ำจืดประจำปีมากกว่า 3,700 ลูกบาศก์กิโลเมตร หากสามารถใช้ปริมาณนี้เพียง 10% จะสามารถสร้างพลังงานไฟฟ้าได้มากกว่า 1.5TW / h ประมาณ 50% ของการบริโภคในยุโรป

แต่ไม่เพียงแหล่งที่มานี้สามารถช่วยแก้ปัญหาพลังงาน ด้วยเยื่อหุ้มที่มีประสิทธิภาพสูงสามารถใช้พลังงานความลึกของมหาสมุทรได้ ความจริงก็คือความเค็มของน้ำขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและมันแตกต่างกันในระดับความลึกที่แตกต่างกัน

เมื่อใช้การไล่ระดับอุณหภูมิด้วยความเค็มคุณจะไม่สามารถยึดติดกับปากแม่น้ำในการก่อสร้างสถานี แต่เพียงแค่วางพวกมันไว้ในมหาสมุทร แต่นี่เป็นหน้าที่ของอนาคตอันไกลโพ้น ถึงแม้ว่าการฝึกฝนแสดงให้เห็นว่าการทำนายเทคโนโลยีเป็นงานที่ไม่เห็นคุณค่า และพรุ่งนี้อนาคตอาจทำให้เราเป็นจริงได้