Loji janakuasa Osmotik: tenaga air masin tulen

Ia perlu untuk memberi amaran segera: tidak ada kesilapan dalam tajuk, tidak akan ada kisah tentang konsonan tenaga kosmik dengan nama itu. Kami akan meninggalkannya kepada penulis esoteris dan sains fiksyen sains. Dan kita akan membincangkan fenomena biasa yang kita hidup bersama sepanjang hayat.

Berapa ramai yang tahu kerana apa yang memproses jus dalam pokok meningkat ke ketinggian yang tinggi? Untuk sequoia, ia lebih daripada 100 meter. Pengangkutan jus ke zat fotosintesis berlaku kerana kerja kesan fizikal - osmosis. Ia terdiri dalam fenomena yang sederhana: dalam dua penyelesaian kepekatan yang berbeza, diletakkan di dalam sebuah kapal dengan membran yang semipermeable (hanya boleh ditemui untuk molekul pelarut), perbezaan tahap muncul selepas beberapa waktu. Dalam terjemahan literal dari bahasa Yunani Osmosis adalah tekanan, tekanan.

Dan sekarang dari hidupan liar kita akan kembali ke teknologi. Sekiranya air laut dan air tawar diletakkan dalam satu kapal dengan septum, maka disebabkan oleh kepekatan garam yang terlarut tekanan osmotik dan paras laut naik. Molekul air bergerak dari zon kepekatan tinggi ke zon penyelesaian, di mana terdapat lebih banyak kotoran dan molekul air yang lebih sedikit.

Perbezaan paras air digunakan dengan cara yang biasa: ini adalah kerja biasa loji janakuasa hidroelektrik. Satu-satunya soalan ialah Seberapa sesuai kesan osmosis untuk kegunaan perindustrian? Pengiraan menunjukkan bahawa apabila kemasinan air laut adalah 35 g / liter, penurunan tekanan 2 389 464 Pascal atau kira-kira 24 atmosfera dicipta kerana fenomena osmosis. Dalam amalan, ini bersamaan dengan empangan dengan ketinggian 240 meter.

Tetapi selain tekanan, pemilihan membran dan kebolehtelapan mereka juga merupakan ciri yang sangat penting. Lagipun, turbin tidak menjana tenaga daripada tekanan berbeza, tetapi disebabkan oleh aliran air. Di sini, sehingga baru-baru ini terdapat kesukaran yang sangat serius. Membran osmotik yang sesuai mesti menahan tekanan yang 20 kali tekanan dalam bekalan air biasa. Pada masa yang sama, mempunyai keliangan yang tinggi, tetapi mengekalkan molekul garam. Gabungan keperluan yang bertentangan untuk masa yang lama tidak membenarkan penggunaan osmosis untuk tujuan industri.

Dalam menyelesaikan masalah penyahgaraman, air dicipta Membran Loebyang menahan tekanan yang besar dan mengekalkan garam dan zarah mineral sehingga 5 mikron. Untuk masa yang lama, tidak mungkin memohon membran Loeb untuk osmosis langsung (penjanaan kuasa), kerana mereka sangat mahal, bertukar dalam operasi dan mempunyai kebolehtelapan yang rendah.

Satu penemuan dalam penggunaan membran osmosis datang pada tahun 80-an, apabila ahli sains Norway Holt dan Thorsen mencadangkan penggunaan filem plastik berasaskan seramik yang diubah suai. Meningkatkan struktur polietilena murah membolehkan kami membuat reka bentuk membran lingkaran sesuai untuk digunakan dalam pengeluaran tenaga osmotik. Untuk menguji teknologi untuk menjana tenaga daripada kesan osmosis, pada tahun 2009 eksperimen pertama di dunia stesen kuasa osmotik.

Setelah menerima geran negara dan membelanjakan lebih dari $ 20 juta, syarikat tenaga Norway dari Statkraft telah menjadi perintis dalam jenis tenaga baru. Tumbuhan kuasa osmotik yang dibina menghasilkan kira-kira 4 kW kuasa, yang cukup untuk bekerja ... dua cerek elektrik. Tetapi matlamat membina stesen itu jauh lebih serius: selepas semua, menguji teknologi dan ujian dalam keadaan sebenar bahan-bahan untuk membran membuka jalan kepada penciptaan struktur yang lebih kuat.

Rayuan komersil stesen bermula dengan kecekapan penyingkiran kuasa lebih daripada 5 watt per meter persegi membran.Di stesen Norway di Toft, nilai ini hampir tidak melebihi 1 W / m2. Tetapi sekarang membran dengan kecekapan 2.4 W / m2 sedang diuji, dan menjelang tahun 2015, nilai kos efektif 5 W / m2 dijangka.

Stesen Kuasa Osmotic di Toft

Tetapi ada maklumat yang menggalakkan dari pusat penyelidikan di Perancis. Bekerja dengan bahan berdasarkan nanotube karbon, saintis diperolehi pada sampel kecekapan pengekstrakan tenaga osmosis sekitar 4000 W / m2. Dan ini bukan sekadar kos efektif tetapi melebihi kecekapan hampir semua sumber tenaga tradisional.

Malah lebih prospek yang mengagumkan janji permohonan filem grafene. Membran dengan ketebalan satu lapisan atom menjadi telap sepenuhnya kepada molekul air, sambil mengekalkan kekotoran lain. Kecekapan bahan tersebut boleh melebihi 10 kW / m2. Syarikat terkemuka di Jepun dan Amerika menyertai perlumbaan untuk menghasilkan membran berprestasi tinggi.

Jika dalam dekad yang akan datang, mungkin untuk menyelesaikan masalah membran untuk stesen osmotik, maka sumber tenaga baru akan mengambil tempat utama dalam menyediakan manusia dengan sumber tenaga yang mesra alam. Tidak seperti angin dan tenaga solar, tumbuh-tumbuhan osmosis langsung boleh berfungsi sepanjang masa dan tidak terjejas oleh keadaan cuaca.

Rizab global tenaga osmosis sangat besar - pelepasan tahunan air sungai segar lebih daripada 3,700 kilometer padu. Jika hanya 10% daripada jumlah ini boleh digunakan, maka lebih daripada 1.5TW / jam tenaga elektrik dapat dihasilkan, iaitu kira-kira 50% daripada penggunaan Eropah.

Tetapi bukan sahaja sumber ini dapat membantu menyelesaikan masalah tenaga. Dengan membran yang sangat cekap, tenaga kedalaman lautan dapat digunakan. Hakikatnya adalah bahawa kemasinan air bergantung kepada suhu, dan ia berbeza dengan kedalaman yang berbeza.

Menggunakan gradien suhu kemasinan, anda tidak boleh dilampirkan ke mulut sungai dalam pembinaan stesen, tetapi hanya meletakkannya di lautan. Tetapi ini adalah tugas masa depan yang jauh. Walaupun amalan menunjukkan bahawa membuat ramalan dalam teknologi adalah tugas yang tidak bersyukur. Dan esok masa depan boleh mengetuk realiti kita.