Рубрики
Интересные факты

Осмотическая электрическая станция: незапятнанная энергия соленой воды

Сходу нужно предупредить: в заголовке нет ошибки, о галлактической энергии, созвучной наименованию, рассказа не будет. Ее мы оставим эзотерикам и фантастам. А пойдет речь о обычном

Осмотическая электрическая станция: незапятнанная энергия соленой водыСходу нужно предупредить: в заголовке нет ошибки, о галлактической энергии, созвучной наименованию, рассказа не будет. Ее мы оставим эзотерикам и фантастам. А пойдет речь о обычном явлении, с которым мы в течение всей жизни сосуществуем рядом.

Многие ли знают, за счет каких процессов соки в деревьях подымаются на значительную высоту? Для секвойи она составляет более 100 метров. Происходит эта транспортировка соков в зону фотосинтеза за счет работы физического эффекта — осмоса. Заключается он в ординарном явлении: в 2-ух смесях разной концентрации, помещенных в сосуд с полупроницаемой (проницаемой только для молекул растворителя) мембраной, спустя некое время возникает разность уровней. В дословном переводе с греческого языка осмос — это толчок, давление.

А сейчас от живой природы вернемся к технике. Если в сосуд с перегородкой поместить морскую и пресную воду, то за счет разной концентрации растворенных солей возникает осмотическое давление и уровень морской воды подымется. Молекулы воды передвигаются из зоны высочайшей их концентрации в зону раствора, где примесей больше, а молекул воды меньше.

Перепад в уровнях воды далее употребляется обыденным образом: это знакомая работа гидроэлектростанций. Вопрос только заключается в том, как эффект осмоса подходящ для промышленного внедрения? Расчеты демонстрируют, что при солености морской воды 35 г/литр за счет явления осмоса создается перепад давления 2 389 464 Паскаля либо около 24 атмосфер. На практике это эквивалентно плотине высотой 240 метров.

Но не считая давления еще очень принципиальной чертой является селективность мембран и их проницаемость. Ведь турбины вырабатывают энергию не от перепада давления, а благодаря расходу воды. Вот тут, до недавнешнего времени, существовали очень суровые трудности. Подходящая осмотическая мембрана должна выдерживать давление, превышающее в 20 раз давление в обычном водопроводе. При всем этом иметь высшую пористость, но задерживать молекулы солей. Сочетание противоречивых требований длительно не позволяло использовать осмос в промышленных целях.

При решении задач опреснения воды была придумана мембрана Лоэба, которая выдерживала колоссальное давление и задерживала минеральные соли и частички до 5 микрон. Применить мембраны Лоэба для прямого осмоса (выработки электроэнергии) длительно не удавалось, т.к. они были очень дороги, капризны в эксплуатации и обладали низкой проницаемостью.

Прорыв в использовании осмотических мембран наступил в конце 80-х годов, когда норвежские ученые Хольт и Торсен предложили использовать измененную полиэтиленовую пленку на глиняной базе. Улучшение структуры дешевенького целофана позволило сделать конструкцию спиральных мембран, применимых для использования в производстве осмотической энергии. Для проверки технологии получения энергии от эффекта осмоса в 2009 году была построена и запущена 1-ая в мире экспериментальная осмотическая электрическая станция.

Норвежская энергетическая компания Statkraft, получив муниципальный грант, и затратив более 20 млн. баксов, стала пионером в новеньком виде энергетики. Построенная осмотическая электрическая станция производит около 4 кВт мощности, которой хватает для работы … 2-ух электронных чайников. Но цели постройки станции еще серьезней: ведь отработка технологии и испытание в реальных критериях материалов для мембран открывают путь к созданию существенно более массивных сооружений.

Коммерческая привлекательность станций начинается с эффективности съема мощности более 5 Вт с квадратного метра мембран. На норвежской станции в Тофте это значение чуть превосходит 1 Вт/м2. Но уже сейчас испытываются мембраны с эффективностью 2,4 Вт/м2, а к 2015 году ожидается достижение выгодного значения 5 Вт/м2.

Осмотическая электрическая станция: незапятнанная энергия соленой воды
Осмотическая электрическая станция: незапятнанная энергия соленой воды
Осмотическая электрическая станция: незапятнанная энергия соленой воды

Осмотическая электрическая станция в Тофте

Но есть обнадеживающая информация из исследовательского центра Франции. Работая с материалами на базе углеродных нанотрубок, ученые получили на образчиках эффективность отбора энергии осмоса около 4000 Вт/м2. А это уже не просто выгодно, а превосходит эффективность фактически всех обычных источников энергии.

Еще больше впечатляющие перспективы обещает применение графеновых пленок. Мембрана шириной в один атомный слой становится стопроцентно проницаема для молекул воды, задерживая при всем этом любые другие примеси. Эффективность такового материала может превосходить 10 кВт/м2. В гонку по созданию мембран высочайшей эффективности врубились ведущие компании Стране восходящего солнца и Америки.

Если получится в течении наиблежайшего десятилетия решить делему мембран для осмотических станций, то новый источник энергии займет ведущее место в обеспечении населения земли экологически незапятнанными энергоэлементами. В отличие от энергии ветра и солнца, установки прямого осмоса могут работать круглые день и не зависят от погодных критерий.

Мировой резерв энергии осмоса громаден — каждогодний сброс пресных речных вод составляет более 3700 кубических км. Если получится использовать только 10% этого объема, то можно производить более 1,5ТВт/часов электронной энергии, т.е. около 50% евро употребления.

Но не только лишь этот источник может посодействовать решить энергетическую делему. При наличии высокоэффективных мембран можно использовать энергию глубин океана. Дело в том, что соленость воды находится в зависимости от температуры, а она на различных глубинах различная.

Используя температурные градиенты солености, можно не привязываться к устьям рек в строительстве станций, а просто располагать их в акватории океанов. Но это уже задачка отдаленного грядущего. Хотя практика указывает, что делать прогнозы в технике — это непризнательное занятие. И будущее уже завтра может постучаться в нашу реальность.