תחנת כוח אוסמוטית: אנרגיית מי מלח טהורים

צריך להתריע מייד: אין שום טעות בכותרת, לא יהיה סיפור על עיצור אנרגיה קוסמית עם השם. אנו משאירים זאת לאיזוטריסטים ולכותבי מדע בדיוני. ונדבר על התופעה הרגילה איתה אנו חיים יחד עם החיים לאורך כל החיים.

כמה אנשים יודעים בגלל אילו תהליכים המיצים בעצים מתנשאים לגובה ניכר? עבור sequoia, זה יותר ממאה מטר. הובלה זו של מיצים לאזור הפוטוסינתזה מתרחשת עקב עבודת ההשפעה הגופנית - אוסמוזה. זה מורכב מתופעה פשוטה: בשני פתרונות של ריכוזים שונים, המונחים בכלי עם ממברנה ניתנת למחצה (חדירה רק למולקולות ממסות), מופיע הפרש רמה לאחר זמן מה. בתרגום המילולי מהשפה היוונית אוסמוזה היא דחיפה, לחץ.

ועכשיו מחיות הבר נחזור לטכנולוגיה. אם ים ומים מתוקים מונחים בכלי עם ספיגה, אז בגלל ריכוזים שונים של מלחים מומסים מופיע לחץ אוסמוטי ומפלס הים עולה. מולקולות מים עוברות מאזור בריכוז גבוה לאזור תמיסה, שם יש יותר זיהומים ופחות מולקולות מים.

ההבדל ברמות המים משמש עוד יותר בדרך הרגילה: זו העבודה המוכרת של תחנות כוח הידרואלקטריות. השאלה היחידה היא כמה מתאים אפקט האוסמוזה לשימוש תעשייתי? החישובים מראים שכאשר המליחות של מי הים היא 35 גר 'לליטר נוצרת ירידת לחץ של 2 389 464 פסקל או בערך 24 אטמוספרות בגלל תופעת האוסמוזה. בפועל, הדבר שווה לסכר בגובה 240 מטר.

אך מלבד לחץ, סלקטיביות הממברנות וחדירותן הן גם מאפיין חשוב מאוד. אחרי הכל, טורבינות אינן מייצרות אנרגיה מלחץ דיפרנציאלי, אלא בגלל זרימת המים. כאן, עד לאחרונה, היו קשיים מאוד קשים. קרום אוסמוטי מתאים חייב לעמוד בלחץ שהוא פי 20 מהלחץ באספקת המים הרגילה. במקביל, יש נקבוביות גבוהה, אך שמרו על מולקולות מלח. השילוב של דרישות סותרות במשך זמן רב לא איפשר שימוש באוסמוזה למטרות תעשייתיות.

בפתרון בעיות ההתפלה הומצאו מים קרום הלובשעמדו בלחץ אדיר ושמרו על מלחים וחלקיקים מינרלים עד 5 מיקרון. במשך זמן רב לא ניתן היה למרוח קרומי לוב על אוסמוזה ישירה (ייצור חשמל), מכיוון הם היו יקרים במיוחד, גחמניים במבצע והיו בעלי חדירות נמוכה.

פריצת דרך בשימוש בממברנות אוסמוטיות הגיעה בסוף שנות השמונים, כאשר המדענים הנורווגים הולט ותורסן הציעו להשתמש סרט פלסטיק מבוסס קרמיקה שונה. שיפור מבנה הפוליאתילן הזול אפשר לנו ליצור תכנון של ממברנות ספירליות מתאימות לשימוש בייצור אנרגיה אוסמוטית. כדי לבדוק את הטכנולוגיה לייצור אנרגיה מאפקט האוסמוזה, בשנת 2009 הניסוי הראשון בעולם תחנת כוח אוסמוטית.

לאחר שקיבלה מענק ממלכתי והוציאה יותר מ 20 מיליון דולר, חברת האנרגיה הנורבגית Statkraft הפכה לחלוצה בסוג חדש של אנרגיה. תחנת הכוח האוסמוטית הבנויה מפיקה כוח של כ -4 קילוואט, וזה מספיק כדי לעבוד ... שני קומקומים חשמליים. אבל המטרות של בניית התחנה חמורות בהרבה: אחרי הכל, בדיקת הטכנולוגיה ובדיקה בתנאים אמיתיים החומרים לקרומים פותחים את הדרך ליצירת מבנים חזקים בהרבה.

הפנייה המסחרית של התחנות מתחילה ביעילות של הסרת חשמל של יותר מחמישה וואט למטר ממברנות.בתחנה הנורווגית בטופט, ערך זה בקושי עולה על 1 וואט / מ"ר. אך כבר כיום נבדקים קרומים ביעילות של 2.4 וואטמ"ר ובשנת 2015 צפוי ערך חסכוני של 5 וואט"ש.

תחנת כוח אוסמוטית בטופט

אבל יש מידע מעודד ממרכז מחקר בצרפת. בעבודה עם חומרים המבוססים על צינורות פחמן, מדענים השיגו על הדגימות את היעילות של מיצוי אנרגיה של אוסמוזה של כ -4000 W / m2. וזה לא רק חסכוני, אלא עולה על היעילות של כמעט כל מקורות האנרגיה המסורתיים.

סיכויים מרשימים עוד יותר מבטיחים יישום סרטי גרפן. קרום בעובי של שכבה אטומית אחת הופך חדיר לחלוטין למולקולות מים, תוך שמירה על כל זיהומים אחרים. היעילות של חומר כזה יכולה לעלות על 10 קילוואט / מ"ר. תאגידים מובילים ביפן ובאמריקה הצטרפו למירוץ ליצירת ממברנות בעלות ביצועים גבוהים.

אם בעשור הבא ניתן יהיה לפתור את בעיית הממברנות לתחנות אוסמוטיות, אז מקור אנרגיה חדש יתפוס מקום מוביל באספקת האנושות מקורות אנרגיה ידידותיים לסביבה. בניגוד לאנרגיית רוח ואנרגיה סולארית, צמחי אוסמוזה ישירה יכולים לעבוד מסביב לשעון ואינם מושפעים מתנאי מזג האוויר.

השמורה העולמית של אנרגיית האוסמוזה היא עצומה - הפרשות שנתיות של מי נהר טריים הם יותר מ -3,700 קמ"ק. אם ניתן להשתמש רק 10% מנפח זה, אז ניתן להפיק יותר מ- 1.5TW / h אנרגיה חשמלית, כלומר כ- 50% מהצריכה האירופית.

אך לא רק מקור זה יכול לעזור בפתרון בעיית האנרגיה. בעזרת ממברנות יעילות במיוחד ניתן להשתמש באנרגיה במעמקי האוקיאנוס. העובדה היא שמליחות המים תלויה בטמפרטורה, והיא שונה בעומקים שונים.

בעזרת שיפועי טמפרטורה של מליחות לא ניתן להיות מחובר לשפכים בבניית תחנות, אלא פשוט למקם אותם באוקיינוסים. אבל זו המשימה של העתיד הרחוק. למרות שהתרגול מראה שביצוע תחזיות בטכנולוגיה זו משימה אסירת תודה. ומחר העתיד עשוי לדפוק את המציאות שלנו.

Comments

[#1]

והאם אתה יכול להסביר ביתר פירוט את מכניקת התהליך? ואז אני, כמו אותה סבתא, שדיברה בפירוט על עקרון הפעולה של מנוע קיטור על קטר קיטור, ואז היא אומרת: "הכל ברור, בן, אתה מבין. אתה פשוט אומר לי איפה רתמת הסוס?" נניח שמפעל טיפול יפטר מי שפכים לאחר הטיפול בים, כלומר יש לנו שני מקורות מים בעלי מליחות שונה, יתר על כן, מי ים קיימים כאילו הם סטטיים, ומים מתוקים מוזרמים ללא הרף. אז מה? נניח, הם ארגנו מאגר נוסף עם קרום באמצע, בחצי האחד - מים מתוקים, בשני - משהו מלוח - מלוח ... אז מה? האם באמת נראה שמפלס המים עולה לחצי עם מי מלח? נראה כי ניתן להשתמש כבר בהבדל ברמות. אבל בכל מקרה, תגובה.

[#2]

רעיון מעניין ...
עם זאת, השאלה היא - מדוע גדר גינה של ממברנות כדי להעלות מי מלח בפתח הנהר? ספק אם האנרגיה הפוטנציאלית לנפח מי המלח המועלים על ידי אוסמוזה תעלה משמעותית מהאנרגיה של זרימת הנהר בפה….
מדוע משתלם יותר ליצור הבדל באמצעות אוסמוזה, כאשר זה כבר זמין - מים מתוקים זורמים לים מהנהר. ..... טכנולוגיית האוסמוזה מציעה לחסום מים מתוקים בעזרת קרום שדרכם יחדרו אותם מים למי מלח .... ובכן, ויעלו לרמה מסוימת למעלה ....כיצד מתקבל איזון אנרגיה חיובי במערכת עם ממברנה לעומת שימוש ישיר באנרגיית הניקוז של נפח מים נתון?

[#3 יעקב]

תחנת כוח אוסמוטית שולטת בערבוב המלח והמים המתוקים, ובכך מוציאה אנרגיה מהאנטרופיה הגוברת של נוזלים. הערבוב מתרחש במיכל, המחולק לשני תאים על ידי קרום למחצה. מי ים מועברים לתא אחד, וטריים לשני. בשל הריכוז השונה של מלחים בים ובמים מתוקים, מולקולות מים מהתא הטרי, תוך ניסיון לאזן את ריכוז המלח, עוברות דרך הממברנה לתא הימי. כתוצאה מתהליך זה נוצר לחץ עודף בתא מי הים, אשר בתורו משמש לסיבוב החשמל המייצר את ההידרוטורבין.

[#4]

ברצוני לראות קישור לעידוד מידע האומר 4 קילוואט למ"ר. ובכן, אני רוצה לדעת איך הם הולכים לנקות את הממברנות, אשר במי הים יתמוססו עם כל מיני זיהומים באופן מיידי.