Central elèctrica osmòtica: energia pura d’aigua salada

Cal advertir de seguida: no hi ha cap error al títol, no hi haurà història sobre la consonant energia còsmica amb el nom. Ho deixarem a esotericistes i escriptors de ciència ficció. I parlarem del fenomen habitual amb què convivim al llarg de la vida.

Quantes persones saben a causa de quins processos els sucs dels arbres augmenten a una alçada considerable? Per a la sequoia, és de més de 100 metres. Aquest transport de sucs a la zona de fotosíntesi es produeix a causa del treball de l'efecte físic - osmosi. Consisteix en un fenomen senzill: en dues solucions de diferents concentracions, col·locades en un recipient amb una membrana semipermeable (permeable només per a molècules de dissolvent), apareix una diferència de nivell al cap d'un temps. En la traducció literal del grec l'osmosi és una empenta, una pressió.

I ara de la vida salvatge tornarem a la tecnologia. Si l'aigua de mar i l'aigua dolça es col·loca en un recipient amb sèptic, apareixen a causa de diferents concentracions de sals dissoltes pressió osmòtica i el nivell del mar puja. Les molècules d’aigua es desplacen d’una zona d’alta concentració a una zona de solució, on hi ha més impureses i menys molècules d’aigua.

La diferència de nivells d'aigua s'utilitza encara més de la manera habitual: es tracta del treball familiar de les centrals hidroelèctriques. L’única pregunta és Quin és adequat l'efecte d'osmosi per a ús industrial? Els càlculs mostren que quan la salinitat de l’aigua del mar és de 35 g / litre, es crea una caiguda de pressió de 2 389 464 Pascal o aproximadament 24 atmosferes a causa del fenomen de l’osmosi. A la pràctica, això equival a una presa amb 240 metres d'alçada.

Però a més de la pressió, la selectivitat de les membranes i la seva permeabilitat també són una característica molt important. Al cap i a la fi, les turbines no generen energia a partir d’una pressió diferencial, sinó a causa del flux d’aigua. Aquí fins fa poc hi havia dificultats molt greus. Una membrana osmòtica adequada ha de suportar una pressió que és 20 vegades la pressió en el subministrament d’aigua habitual. Al mateix temps, presenten una alta porositat, però conserven molècules de sal. La combinació de requeriments conflictius durant molt de temps no va permetre l'ús d'osmosi amb finalitats industrials.

Per resoldre problemes de dessalinització es va inventar aigua Membrana del loebque va resistir una pressió tremenda i va retenir sals i partícules minerals fins a 5 micres. Durant molt de temps, no va ser possible aplicar membranes Loeb per a l'osmosi directa (generació d'energia), ja que eren extremadament costosos, capritxosos en funcionament i tenien una baixa permeabilitat.

Un avanç en l'ús de membranes osmòtiques va arribar a finals dels anys 80, quan els científics noruecs Holt i Thorsen van suggerir l'ús Pel·lícula de plàstic modificada a base de ceràmica. Millorar l'estructura de polietilè barat ens va permetre crear un disseny adequat de membranes en espiral per a la producció d’energia osmòtica. Per provar la tecnologia per generar energia a partir de l’efecte osmosi, el 2009 es va fer el primer experiment mundial central osmòtica.

Després d’haver rebut una subvenció estatal i gastant més de 20 milions de dòlars, l’empresa energètica noruega Statkraft s’ha convertit en un pioner en un nou tipus d’energia. La central osmòtica construïda produeix uns 4 kW de potència, que és suficient per funcionar ... dos bullidors elèctrics. Però els objectius de la construcció de l'estació són molt més greus: després de tot, provar la tecnologia i provar en condicions reals, els materials per a les membranes obren el camí cap a la creació d'estructures molt més potents.

L’atractiu comercial de les estacions comença amb una eficiència d’eliminació de més de 5 watts per metre quadrat de membranes.A l'estació noruega de Toft, aquest valor amb prou feines supera el 1 W / m2. Però ja avui s’estan provant membranes amb una eficiència de 2,4 W / m2, i el 2015 s’espera un valor rendible de 5 W / m2.

Central Osmòtica de Toft

Però hi ha informació encoratjadora d’un centre de recerca a França. Treballant amb materials basats en nanotubs de carboni, els científics van obtenir sobre les mostres l’eficiència de l’extracció d’energia d’osmosi d’uns 4.000 W / m2. I això no només és rendible, sinó que supera l’eficiència de gairebé totes les fonts d’energia tradicionals.

Inclouen perspectives encara més impressionants pel·lícules de grafeni. Una membrana amb un gruix d’una capa atòmica esdevé completament permeable a les molècules d’aigua, conservant qualsevol altra impuresa. L’eficiència d’aquest material pot superar els 10 kW / m2. Les corporacions líders del Japó i Amèrica es van unir a la carrera per crear membranes d’alt rendiment.

Si a la propera dècada es podrà resoldre el problema de les membranes per a les estacions osmòtiques, una nova font d’energia ocuparà un lloc líder en proporcionar a la humanitat fonts d’energia respectuoses amb el medi ambient. A diferència de l’energia eòlica i solar, les plantes d’osmosi directa poden treballar tot el dia i no es veuen afectades per les condicions meteorològiques.

La reserva global d’energia d’osmosi és enorme: l’abocament anual d’aigua dolça de riu supera els 3.700 quilòmetres cúbics. Si només es pot utilitzar un 10% d’aquest volum, es pot generar més d’1,5 TW / h d’energia elèctrica, és a dir. al voltant del 50% del consum europeu.

Però no només aquesta font pot ajudar a resoldre el problema energètic. Amb membranes altament eficients, es pot aprofitar l'energia de l'oceà profund. El fet és que la salinitat de l’aigua depèn de la temperatura i és diferent a diferents profunditats.

Utilitzant gradients de temperatura de salinitat, no es pot unir a les desembocadures dels rius en la construcció d’estacions, sinó simplement situar-les als oceans. Però aquesta és la tasca del futur llunyà. Tot i que la pràctica demostra que fer prediccions en tecnologia és una tasca ingrata. I demà el futur pot afectar la nostra realitat.

Comments

[#1]

I podeu explicar amb més detall la mecànica del procés? I aleshores jo, com l’àvia, que parlava amb detall sobre el principi de funcionament d’una màquina de vapor en una locomotora de vapor, i després em diu: "Tot és clar, fill, ho enteneu. Només m’expliqueu on és aprofitat el cavall?" Suposem que una planta de tractament descarrega les aigües residuals després del tractament al mar, és a dir. tenim dues fonts d’aigua de salinitat diferent, a més, l’aigua del mar està present com si estigués estàtica i l’aigua dolça es descarrega constantment. I què? Posem per cas, van organitzar un altre dipòsit amb una membrana al mig, en una meitat –aigua dolça, en l’altra - una mica salat– salat ... I què? Veurem realment que el nivell de l’aigua puja a la meitat amb l’aigua salada? Sembla ser clar que la diferència de nivells ja es pot utilitzar. Però de totes maneres, comenteu-ho.

[#2]

Idea interessant ...
Tanmateix, la pregunta és: per què tanca un jardí de membranes per aixecar aigua salada a la desembocadura del riu? És dubtós que l’energia potencial del volum d’aigua salada augmentada per osmosi superi notablement l’energia del cabal del riu a la desembocadura….
Per què és més rendible crear un delta amb osmosi, quan ja està disponible: l’aigua dolça desemboca al mar des d’un riu. ..... La tecnologia d'osmosi ofereix bloquejar l'aigua dolça amb una membrana a través de la qual aquesta mateixa aigua penetrarà a l'aigua salada ... bé, i pujarà fins a un cert nivell fins ....Com s’obté un saldo energètic positiu en un sistema amb membrana en comparació amb l’ús directe de l’energia de drenatge d’un volum d’aigua determinat?

[#3 Jacob]

Una central osmòtica controla la barreja de sal i aigua dolça, amb la qual cosa s’extreu energia de l’entropia creixent de líquids. La barreja té lloc en un dipòsit, que es divideix en dos compartiments per una membrana semipermeable. L’aigua de mar es subministra a un compartiment, i la fresca a l’altre. A causa de la diferent concentració de sals del mar i l'aigua dolça, les molècules d'aigua del compartiment fresc, intentant fins i tot sortir de la concentració de sal, passen per la membrana al compartiment marí. Com a resultat d’aquest procés, es genera un excés de pressió al compartiment d’aigua de mar, que al seu torn s’utilitza per girar l’hidroturbina generant electricitat.

[#4]

M'agradaria veure un enllaç a una informació animadora que digui 4 kW per m ^ 2. Bé, m’agradaria saber com netejaran les membranes, que a l’aigua del mar s’obstrueixen amb tota mena d’impureses a l’instant.