Осмотска електрана: енергија чисте слане воде

Треба одмах упозорити: нема наслова у наслову, неће бити приче о космичкој енергији сугласној имену. Оставит ћемо то езотеричарима и писцима научне фантастике. И разговараћемо о уобичајеном феномену са којим заједно коегзистирамо током живота.

Колико људи зна због којих процеса се сокови на дрвећу уздижу до значајне висине? За секвоију то је више од 100 метара. До превоза сокова у зону фотосинтезе долази због дела физичког дејства - осмоза. Састоји се од једноставног феномена: у два раствора различитих концентрација, смештена у посуди са полупропусном мембраном (пропусном само за молекуле растварача), разлика у нивоу се појављује након неког времена. У буквалном преводу са грчког језика осмоза је притисак, притисак.

А сада ћемо се из дивљих животиња вратити на технологију. Ако се морска и слатка вода ставе у посуду са септумом, тада се појављују због различитих концентрација растворених соли осмотски притисак а ниво мора расте. Молекули воде се крећу из зоне високе концентрације у зону раствора, где је више нечистоћа и мање молекула воде.

Разлика у водостајима се даље користи на уобичајен начин: ово је познати рад хидроелектрана. Једино је питање Колико је погодан ефекат осмозе за индустријску употребу? Прорачуни показују да када је салинитет морске воде 35 г / л, пад притиска од 2 389 464 Пасцал или око 24 атмосфере настаје услед појаве осмозе. У пракси је то еквивалентно брани висине 240 метара.

Али поред притиска, веома је важна карактеристика и селективност мембрана и њихова пропустљивост. Уосталом, турбине не стварају енергију из диференцијалног притиска, већ због протока воде. Овде су донедавно постојале врло озбиљне потешкоће. Погодна осмотска мембрана мора да издржи притисак који је 20 пута већи од притиска у уобичајеном доводу воде. Истовремено, имају високу порозност, али задржавају молекуле соли. Комбинација сукобљених захтева дуго времена није омогућавала употребу осмозе у индустријске сврхе.

За решавање проблема десалинизације измишљена је вода Лоебова мембранакоји су издржали огроман притисак и задржали минералне соли и честице до 5 микрона. Дуго времена није било могуће применити Лоебове мембране за директну осмозу (стварање електричне енергије), јер били су изузетно скупи, каприциозни у раду и имали су малу пропустљивост.

До пробоја у употреби осмотских мембрана дошло је крајем 80-их, када су норвешки научници Холт и Тхорсен предложили употребу модификовани пластични филм на бази керамике. Побољшање структуре јефтиног полиетилена омогућило нам је дизајн спиралних мембрана које су погодне за употребу у производњи осмотске енергије. Да бисмо тестирали технологију за производњу енергије из ефекта осмозе, 2009. први је експеримент на свету осмотске електране.

Након што је добила државну помоћ и потрошила више од 20 милиона долара, норвешка енергетска компанија Статкрафт постала је пионир у новој врсти енергије. Изграђена осмотска електрана производи око 4 кВ снаге, што је довољно за рад ... два електрична котлића. Али циљеви изградње станице су много озбиљнији: на крају крајева, тестирање технологије и тестирање у стварним условима, материјали за мембране отварају пут стварању много моћнијих структура.

Комерцијална привлачност станица почиње ефикасношћу уклањања струје већом од 5 вата по квадратном метру мембрана.На норвешкој станици у Тофту та вредност једва прелази 1 В / м2. Али већ данас се тестирају мембране са ефикасношћу од 2,4 В / м2, а до 2015. године очекује се исплатива вриједност од 5 В / м2.

Осмотска електрана у Тофту

Али постоје охрабрујуће информације из истраживачког центра у Француској. Радећи са материјалима који се базирају на угљеничним наноцевкама, научници су на узорцима добили ефикасност вађења осмозне енергије од око 4000 В / м2. А то није само исплативо, већ премашује ефикасност готово свих традиционалних извора енергије.

Још импресивнији изгледи обећавају пријаву графенски филмови. Мембрана дебљине једног атомског слоја постаје потпуно пропусна за молекуле воде, задржавајући остале нечистоће. Ефикасност таквог материјала може прећи 10 кВ / м2. Водеће корпорације у Јапану и Америци придружиле су се трци за израду мембрана високих перформанси.

Ако ће у наредној деценији бити могуће решити проблем мембрана осмотских станица, тада ће нови извор енергије заузети водеће место у обезбеђивању човечанства еколошки прихватљивих извора енергије. За разлику од енергије ветра и сунца, постројења за директну осмозу могу радити нон-стоп и на њих не утичу временски услови.

Глобална резерва енергије осмозе је огромна - годишњи испуст слатке речне воде износи више од 3.700 кубних километара. Ако се може искористити само 10% ове запремине, тада се може произвести више од 1,5ТВ / х електричне енергије, тј. око 50% европске потрошње.

Али не само да овај извор може помоћи у решавању енергетског проблема. Помоћу високо ефикасних мембрана може се користити енергија дубина океана. Чињеница је да сланост воде зависи од температуре, а различита је на различитим дубинама.

Користећи температурне градијенте сланости, не можете да се причврстите на ушћа река у изградњи станица, већ их једноставно сместите у океане. Али то је задатак далеке будућности. Иако пракса показује да је предвиђање технологије беспријекоран задатак. А сутра нам будућност може куцати у стварност.