Osmosinė jėgainė: gryno sūraus vandens energija

Būtina įspėti iškart: pavadinime nėra klaidos, nebus pasakojimo apie kosminės energijos priebalsę su pavadinimu. Paliksime tai ezoterikams ir mokslinės fantastikos rašytojams. Ir mes kalbėsime apie įprastą reiškinį, su kuriuo kartu gyvename visą gyvenimą.

Kiek žmonių žino, dėl kokių procesų medžių sultys pakyla į nemažą aukštį? Sekvojui tai yra daugiau nei 100 metrų. Šis sulčių pernešimas į fotosintezės zoną vyksta dėl fizinio poveikio - osmosas. Tai susideda iš paprasto reiškinio: dviejuose skirtingų koncentracijų tirpaluose, įdėtuose į indą su pusiau pralaidžia (tik pralaidžia tirpiklio molekulėms) membrana, po kurio laiko atsiranda lygių skirtumas. Pažodžiui iš graikų kalbos osmosas yra stūmimas, slėgis.

O dabar iš laukinės gamtos grįšime prie technologijų. Jei jūra ir gėlas vanduo dedami į indą su pertvara, tada dėl skirtingos ištirpusių druskų koncentracijos atsiranda osmosinis slėgis ir jūros lygis pakyla. Vandens molekulės juda iš didelės koncentracijos zonos į tirpalo zoną, kur yra daugiau priemaišų ir mažiau vandens molekulių.

Vandens lygio skirtumas toliau naudojamas įprastu būdu: tai yra pažįstamas hidroelektrinių darbas. Vienintelis klausimas yra Ar tinkamas osmoso efektas pramoniniam naudojimui? Skaičiavimai rodo, kad kai jūros vandens druskingumas yra 35 g / l, dėl osmoso fenomeno susidaro 2 389 464 Pascal arba apie 24 atmosferų slėgio kritimas. Praktiškai tai prilygsta užtvankai, kurių aukštis yra 240 metrų.

Be slėgio, labai svarbi savybė yra ir membranų selektyvumas bei jų pralaidumas. Juk turbinos energiją generuoja ne dėl slėgio skirtumo, o dėl vandens srauto. Čia dar visai neseniai buvo labai rimtų sunkumų. Tinkama osmosinė membrana turi atlaikyti slėgį, kuris yra 20 kartų didesnis už slėgį įprastame vandens tiekime. Tuo pačiu metu turėkite didelį poringumą, tačiau išlaikykite druskos molekules. Prieštaringų reikalavimų derinys ilgą laiką neleido naudoti osmoso pramonės reikmėms.

Sprendžiant gėlinimo problemas, buvo išrastas vanduo Loeb membranakuris atlaikė didžiulį slėgį ir išlaikė mineralines druskas ir daleles iki 5 mikronų. Ilgą laiką nebuvo galima naudoti „Loeb“ membranos tiesioginiam osmosui (galios generavimui), nes jie buvo ypač brangūs, veikė kaprizingai ir turėjo mažą pralaidumą.

Proveržis naudojant osmosines membranas atsirado 80-ųjų pabaigoje, kai norvegų mokslininkai Holtas ir Thorsenas pasiūlė naudoti modifikuota keraminė plastikinė plėvelė. Patobulinta pigaus polietileno struktūra leido mums sukurti tinkamą spiralinių membranų dizainą skirti naudoti osmosinės energijos gamyboje. Išbandyti energijos generavimo iš osmoso efekto technologiją, 2009 m. - pirmąjį pasaulyje eksperimentinį osmosinė elektrinė.

Gavusi valstybės dotaciją ir išleidusi daugiau nei 20 milijonų JAV dolerių, Norvegijos energetikos bendrovė „Statkraft“ tapo naujo tipo energijos pradininke. Pastatyta osmosinė jėgainė pagamina apie 4 kW galios, kurios pakanka darbui ... dviem elektriniams virduliams. Bet stoties pastatymo tikslai yra kur kas rimtesni: išbandžius technologijas ir išbandžius realias sąlygas, membranų medžiagos atveria kelią kur kas galingesnėms konstrukcijoms.

Komercinis stočių patrauklumas prasideda nuo daugiau kaip 5 vatų kvadratiniame membranos energijos sunaudojimo efektyvume.Tofto Norvegijos stotyje ši vertė vos neviršija 1 W / m2. Tačiau jau šiandien bandomos membranos, kurių efektyvumas yra 2,4 W / m2, o iki 2015 m. Tikimasi ekonomiškai efektyvios 5 W / m2 vertės.

Osmoso elektrinė Tofte

Tačiau iš tyrimų centro Prancūzijoje yra viltingos informacijos. Dirbdami su medžiagomis, kurių pagrindą sudaro anglies nanovamzdeliai, mokslininkai iš mėginių nustatė maždaug 4000 W / m2 osmoso energijos išgavimo efektyvumą. Tai ne tik ekonomiškai efektyvu, bet ir viršija beveik visų tradicinių energijos šaltinių efektyvumą.

Dar įspūdingesnės perspektyvos žada būti pritaikytos grafeno plėvelės. Membranos, kurios storis yra vienas atominis sluoksnis, tampa visiškai pralaidžios vandens molekulėms, išlaikydamos kitus nešvarumus. Tokios medžiagos efektyvumas gali viršyti 10 kW / m2. Japonijos ir Amerikos lyderiaujančios korporacijos prisijungė prie lenktynių kurti aukštos kokybės membranas.

Jei per ateinantį dešimtmetį bus įmanoma išspręsti osmosinių stočių membranų problemą, tada naujas energijos šaltinis užims pirmaujančią vietą teikiant žmonijai ekologiškus energijos šaltinius. Skirtingai nuo vėjo ir saulės energijos, tiesioginio osmoso augalai gali veikti visą parą ir oro sąlygų nepaveikti.

Pasaulinis osmoso energijos rezervas yra didžiulis - gėlo upės vandens išmetimas per metus siekia daugiau nei 3700 kubinių kilometrų. Jei gali būti sunaudota tik 10% šio tūrio, tada gali būti pagaminta daugiau kaip 1,5TW / h elektros energijos, t. apie 50% Europos vartojimo.

Bet ne tik šis šaltinis gali padėti išspręsti energetinę problemą. Su labai efektyviomis membranomis galima panaudoti vandenyno gelmių energiją. Faktas yra tas, kad vandens druskingumas priklauso nuo temperatūros, o skirtinguose gyliuose jis skiriasi.

Naudodamiesi druskingumo temperatūros gradientais, statant stotis, jūs negalite būti tvirtinami prie upių žiočių, o tiesiog įdėkite juos į vandenynus. Bet tai tolimos ateities užduotis. Nors praktika rodo, kad numatyti technologijas yra nedėkinga užduotis. O rytoj ateitis gali išjudinti mūsų realybę.