Ozmotikus erőmű: tiszta sós víz energia

Rögtön figyelmeztetni kell: a címben nincs hiba, nem lesz történet a név kozmikus energiájáról. Az ezoterikusok és a tudományos fantasztikus írók feladatait hagyjuk. És beszélünk arról a szokásos jelenségről, amellyel egész életben együtt élünk.

Hány ember tudja, hogy a fák milyen folyamatainak következtében a gyümölcslevek jelentős magasságba emelkednek? A sequoia esetében ez több mint 100 méter. A gyümölcsleveknek a fotoszintézis zónába történő szállítása a fizikai hatás következtében történik - ozmózis. Egy egyszerű jelenségből áll: két különböző koncentrációjú oldatban, egy féligáteresztő (csak az oldószer-molekulák számára átjárható) membránnal ellátott edénybe helyezve, egy idő múlva megjelenik a szintkülönbség. A görög nyelv szó szerinti fordításában Az ozmózis egy nyomás, nyomás.

És most a vadvilágból visszatérünk a technológiához. Ha a tengert és az édes vizet egy septummal ellátott edénybe helyezik, akkor az oldott sók eltérő koncentrációja miatt megjelenik ozmotikus nyomás és a tengerszint emelkedik. A vízmolekulák a magas koncentrációjú zónákból az oldat-zónákba mozognak, ahol több szennyeződés és kevesebb vízmolekula van.

A vízszint különbséget a szokásos módon alkalmazzák: ez a vízerőművek ismerős munkája. Az egyetlen kérdés az Mennyire alkalmas az ozmózis hatás ipari felhasználásra? A számítások azt mutatják, hogy ha a tengervíz sóssága 35 g / liter, az ozmózis jelensége miatt 2 389 464 Pascal vagy körülbelül 24 atmoszféra nyomásesés jön létre. A gyakorlatban ez megegyezik egy 240 méter magas gáttal.

De a nyomás mellett a membránok szelektivitása és permeabilitása is nagyon fontos jellemző. Végül is a turbinák nem különféle nyomáskülönbséget generálnak energiát, hanem a víz áramlása miatt. Itt, a közelmúltig nagyon komoly nehézségek merültek fel. Egy megfelelő ozmotikus membránnak ki kell állnia a szokásos vízellátás nyomásának hányszorosa nyomást. Ugyanakkor magas porozitású, de megtartják a sómolekulákat. Az ellentmondásos követelmények hosszú ideig történő kombinációja nem tette lehetővé az ozmózis ipari felhasználását.

A sótalanság problémáinak megoldására feltaláltak vizet Loeb membránamelyek óriási nyomást bírtak el, és ásványi sóikat és részecskéiket megőrizték 5 mikronig. Hosszú ideig nem lehetett Loeb membránokat alkalmazni a közvetlen ozmózissal (energiatermelés), mert rendkívül drágák, szeszélyes működésűek és alacsony áteresztőképességűek.

Áttörés az ozmotikus membránok használatában a 80-as évek végén történt, amikor Holt és Thorsen norvég tudósok javasolták módosított kerámia alapú műanyag film. Az olcsó polietilén szerkezetének javítása lehetővé tette számunkra, hogy megteremtsük a megfelelő spirális membránok kialakítását ozmotikus energia előállításához való felhasználásra. 2009-ben a világ első kísérlete az ozmózis hatásból történő energia előállításának technológiájának tesztelése ozmotikus erőmű.

Állami támogatásban részesült, és több mint 20 millió dollárt költött a Statkraft norvég energiavállalat úttörővé vált az új típusú energiában. Az épített ozmotikus erőmű kb. 4 kW energiát termel, ami elég ahhoz, hogy ... két elektromos vízforraló működjön. De az állomás építésének céljai sokkal komolyabbak: elvégre a technológia tesztelése és a valós körülmények közötti tesztelés során a membránok anyagai megnyitják az utat sokkal erősebb szerkezetek létrehozására.

Az állomások kereskedelmi fellebbezése azzal kezdődik, hogy a membránok négyzetméterenként több, mint 5 wattot fogyasztanak el.A norvég állomáson, a Toft-ban ez az érték alig haladja meg az 1 W / m2-t. De ma már 2,4 W / m2 hatékonyságú membránokat tesztelnek, és 2015-re várhatóan 5 W / m2 költséghatékony érték lesz.

Oszmotikus erőmű a Toft-ban

De bátorító információk érhetők el egy franciaországi kutatóközponttól. Szén nanocsöveken alapuló anyagokkal dolgozva a tudósok a mintákból mintegy 4000 W / m2 ozmózis energia-extrakciós hatékonyságot kapták meg. És ez nemcsak költséghatékony, hanem szinte minden hagyományos energiaforrás hatékonyságát is meghaladja.

Még lenyűgözőbb kilátások ígérik az alkalmazást grafén filmek. Az egyik atomréteg vastagságú membrán teljesen átjárhatóvá válik a vízmolekulák számára, miközben megtartja az összes többi szennyeződést. Egy ilyen anyag hatékonysága meghaladhatja a 10 kW / m2-t. Japánban és Amerikában a vezető vállalatok csatlakoztak a versenyhez, hogy nagy teljesítményű membránokat készítsenek.

Ha a következő évtizedben sikerül megoldani az ozmotikus állomások membránjainak problémáját, akkor egy új energiaforrás veszi a vezető helyet az emberiség számára környezetbarát energiaforrások biztosításában. A szél- és a napenergiától eltérően a közvetlen ozmózisú növények éjjel-nappal működhetnek, és időjárási körülmények nem befolyásolják őket.

Az ozmózis energia globális tartaléka hatalmas - az édes folyóvíz éves kibocsátása több mint 3700 köbkilométer. Ha ennek a mennyiségnek csak 10% -a használható fel, akkor több mint 1,5TW / h villamos energiát lehet előállítani, azaz az európai fogyasztás kb. 50% -a.

De nem csak ez a forrás segíthet az energiaprobléma megoldásában. Nagyon hatékony membránok esetén az óceán mélyének energiája felhasználható. A helyzet az, hogy a víz sótartalma a hőmérséklettől függ, és különböző mélységekben eltérő.

A sós hőmérsékleti gradiensek felhasználásával nem állhat a folyók torkolatánál az állomások építésekor, hanem egyszerűen helyezze őket az óceánokba. De ez a távoli jövő feladata. Bár a gyakorlat azt mutatja, hogy a technológiai előrejelzések készítése hálátlan feladat. És holnap a jövő kopogtathat a mi valóságunkon.