Azonnal figyelmeztetni kell: nincs hiba a címben, nem lesz történet a kozmikus energiáról, ami egybecseng a címmel. Ezt meghagyjuk az ezoterikusoknak és a tudományos-fantasztikus íróknak. És egy ismerős jelenségről fogunk beszélni, amellyel egész életünkben együtt élünk.

Hányan tudják, hogy a fák nedve milyen folyamatok hatására emelkedik jelentős magasságba? Sequoia esetében ez több mint 100 méter. A nedveknek a fotoszintézis zónába történő szállítása a fizikai hatás munkája miatt következik be - ozmózis. Egy egyszerű jelenségben rejlik: két különböző koncentrációjú oldatban félig áteresztő (csak oldószermolekulák számára áteresztő) membránnal ellátott edénybe helyezve egy idő után szintkülönbség jelenik meg. Görögről szó szerint fordítva az ozmózis nyomás, nyomás.

És most térjünk vissza az élő természettől a technikához. Ha a tengert és az édesvizet válaszfallal ellátott edénybe helyezzük, akkor az oldott sók eltérő koncentrációja miatt, ozmotikus nyomásés a tengervíz szintje emelkedni fog. A vízmolekulák a nagy koncentrációjú zónából az oldat zónájába kerülnek, ahol több a szennyeződés és kevesebb a vízmolekula.

A vízszintkülönbséget ezután a megszokott módon használják fel: ez a vízerőművek megszokott működése. A kérdés csak az, Mennyire alkalmas az ozmózis hatás ipari alkalmazásokra? A számítások azt mutatják, hogy 35 g/liter tengervíz sótartalom mellett az ozmózis jelensége 2 389 464 Pascal vagy körülbelül 24 atmoszféra nyomásesést hoz létre. A gyakorlatban ez egy 240 méter magas gátnak felel meg.

De a nyomás mellett egy másik nagyon fontos jellemző a membránok szelektivitása és permeabilitása. Hiszen a turbinák nem nyomáskülönbségből, hanem vízáramlásból termelnek energiát. Itt egészen a közelmúltig nagyon komoly nehézségek adódtak. A megfelelő ozmotikus membránnak 20-szor nagyobb nyomást kell kibírnia, mint a hagyományos vízellátásban. Ugyanakkor nagy porozitású, de megtartja a sómolekulákat. Az egymásnak ellentmondó követelmények kombinációja hosszú ideig megakadályozta az ozmózis ipari célokra történő alkalmazását.

A víz sótalanítási problémáinak megoldására találták fel Loeb membrán, amely hatalmas nyomást viselt el és megtartotta az ásványi sókat és az 5 mikronos részecskéket. A Loeb membránokat hosszú ideig nem lehetett közvetlen ozmózisra (villamosenergia-termelésre) használni, mert rendkívül drágák, nehezen kezelhetőek és alacsony permeabilitásúak voltak.

Az ozmotikus membránok használatában az áttörés a 80-as évek végén következett be, amikor a norvég tudósok, Holt és Thorsen javasolták a módosított kerámia alapú polietilén fólia. Az olcsó polietilén szerkezetének javítása lehetővé tette a megfelelő spirális membránok kialakítását ozmotikus energiatermelésben való felhasználásra. Az ozmózis effektusból energiát nyerő technológia tesztelésére 2009-ben a világ első kísérleti ozmotikus erőmű.

A norvég Statkraft energetikai vállalat, miután állami támogatásban részesült és több mint 20 millió dollárt költött, úttörővé vált egy újfajta energia területén. A megépült ozmotikus erőmű körülbelül 4 kW teljesítményt termel, ami elegendő... két elektromos vízforraló működtetésére. Az állomás építésének céljai azonban sokkal komolyabbak: a technológia fejlesztése és a membránanyagok valós körülmények közötti tesztelése ugyanis megnyitja az utat sokkal erősebb szerkezetek létrehozásához.

Az állomások kereskedelmi vonzereje a membránok négyzetméterenkénti 5 W-ot meghaladó energiaelvonási hatékonyságával kezdődik. A toft-i norvég állomáson ez az érték alig haladja meg az 1 W/m2-t. De a 2,4 W/m2 hatásfokú membránokat már tesztelik, és 2015-re várhatóan 5 W/m2 költséghatékony értéket fognak elérni.

De vannak biztató információk egy francia kutatóközponttól. A szén nanocsöveken alapuló anyagokkal dolgozva a tudósok a mintákon körülbelül 4000 W/m2 ozmotikus energia szelekciós hatékonyságot értek el. Ez pedig nemcsak költséghatékony, hanem szinte minden hagyományos energiaforrás hatékonyságát meghaladja.

Az alkalmazás még lenyűgözőbb kilátásokat ígér. Az egy atomi réteg vastagságú membrán teljesen áteresztővé válik a vízmolekulák számára, miközben minden egyéb szennyeződést megtart. Az ilyen anyagok hatásfoka meghaladhatja a 10 kW/m2-t. Japán és Amerika vezető vállalatai csatlakoztak a versenyhez a nagy teljesítményű membránok létrehozásáért.

Ha a következő évtizedben sikerül megoldani az ozmotikus állomások membránjainak problémáját, akkor az új energiaforrás vezető szerepet tölt be az emberiség környezetbarát energiaforrásokkal való ellátásában. A szél- és napenergiával ellentétben a közvetlen ozmózisos erőművek éjjel-nappal működhetnek, és nem befolyásolják őket az időjárási viszonyok.

Az ozmotikus energia globális tartaléka óriási - az édes folyóvíz éves kibocsátása több mint 3700 köbkilométer. Ha ennek a mennyiségnek csak 10%-át lehet felhasználni, akkor több mint 1,5 TW/óra elektromos energia előállítása lehetséges, pl. az európai fogyasztás mintegy 50%-át.

De nem csak ez a forrás segíthet az energiaprobléma megoldásában. A rendkívül hatékony membránok segítségével a mély óceán energiája hasznosítható. A helyzet az, hogy a víz sótartalma a hőmérséklettől függ, és különböző mélységekben eltérő.

A sótartalom hőmérsékleti gradienseinek felhasználásával lehetséges, hogy az állomások építésénél nem kötődnek a folyótorkolatokhoz, hanem egyszerűen az óceánokba helyezik őket. De ez már a távoli jövő feladata. Bár a gyakorlat azt mutatja, hogy a technológiai előrejelzések elkészítése hálátlan feladat. És a jövő holnap kopogtathat a valóságunkon.

Két tartály közé egy speciális membránt helyeznek, amely átengedi a vizet, de a sómolekulákat nem. Az egyikbe friss vizet, a másikba sós vizet öntünk. Mivel egy ilyen rendszer egyensúlyra törekszik, úgy tűnik, hogy a sós víz friss vizet von ki a tározóból. Ha egy generátort helyezünk a membrán elé, a túlnyomás megforgatja a lapátokat, és elektromos áramot termel.
Az ötletet, ahogy ez gyakran megesik, az élő természet vetette fel: ugyanazt az elvet használják az anyagok átvitelére a sejtekben - ugyanazok a részben áteresztő membránok biztosítják a sejtek rugalmasságát. Az ozmotikus nyomást már régóta sikeresen alkalmazzák az emberek a tengervíz sótalanítására, de eddig először használták elektromos áram előállítására.
Jelenleg a prototípus körülbelül 1 kW energiát termel. A közeljövőben ez a szám 2-4 kW-ra nőhet. Ahhoz, hogy a termelés jövedelmezőségéről beszéljünk, körülbelül 5 kW termelést kell elérni. Ez azonban nagyon is valós feladat. 2015-re a tervek szerint egy 25 MW-ot termelõ nagy állomást építenek, amely 10 000 átlagos háztartást lát el. A jövőben várhatóan olyan erős lesz az IPS, hogy évente 1700 TW-ot tudnak majd termelni, annyit, amennyit jelenleg Európa fele. A fő feladat jelenleg a hatékonyabb membránok megtalálása.
A játék mindenképpen megéri a gyertyát. Az ozmotikus állomások előnyei nyilvánvalóak. Először is, a sós víz (a közönséges tengervíz alkalmas az állomás működésére) kimeríthetetlen természeti erőforrás. A Föld felszínét 94%-ban víz borítja, melynek 97%-a sós, így mindig lesz üzemanyag az ilyen állomásokhoz. Másodszor, az UES megszervezése nem igényel speciális telephelyek építését: a meglévő vállalkozások vagy más irodaépületek használaton kívüli helyiségei megfelelőek. Ezenkívül az IPS a folyótorkolatoknál is telepíthető, ahol édesvíz folyik a sós tengerbe vagy óceánba - és ebben az esetben nincs szükség a tározók speciális vízzel való feltöltésére.

Édesvíz + tengervíz = energiaforrás

Általában ott, ahol egy folyó a tengerbe ömlik, az édesvíz egyszerűen keveredik a sós vízzel, és ott nincs nyomás, amely energiaforrásként szolgálhatna. Klaus-Viktor Peinemann professzor, az észak-németországi Geesthacht városában található GKSS Kutatóközpont Polimerkutató Intézetének munkatársa megnevezi azokat a feltételeket, amelyek szükségesek az ozmotikus nyomás kialakulásához: „Ha a tengervizet és az édesvizet szűrő választja el, keverés - egy speciális membrán, amely átengedi a vizet, de át nem ereszti a sót, akkor az oldatok termodinamikai egyensúlyra való hajlama és a koncentrációk kiegyenlítődése csak annak köszönhető, hogy a víz behatol a sóoldatba, és a só behatol. ne kerüljön édesvízbe."

Ha ez egy zárt tartályban történik, akkor a túlzott hidrosztatikus nyomás, az úgynevezett ozmotikus nyomás, a tengervízből származik. Ahhoz, hogy energiatermelésre használhassa, ott, ahol a folyó a tengerbe ömlik, egy nagy tartályt kell felszerelni két kamrával, amelyeket egy féligáteresztő membrán választ el egymástól, amely lehetővé teszi a víz áthaladását és a só áthaladását. keresztül. Az egyik kamra sós, a másik friss vízzel van feltöltve. „Az így keletkező ozmotikus nyomás nagyon magas lehet” – hangsúlyozza Peineman professzor. „Körülbelül eléri a 25 bar-t, ami megfelel a 100 méteres magasságból zuhanó vízesés lábánál tapasztalható víznyomásnak.

Az ilyen nagy ozmózisnyomású vizet egy generátorturbinához vezetik, amely elektromosságot termel.

A lényeg a megfelelő membrán

Úgy tűnik, minden egyszerű. Ezért nem meglepő, hogy az ozmózis energiaforrásként való felhasználásának ötlete csaknem fél évszázaddal ezelőtt született. De... „Akkor az egyik fő akadály a megfelelő minőségű membránok hiánya volt” – mondja Payneman professzor. „A membránok rendkívül lassúak voltak, így az ozmotikus elektromos generátor hatékonysága nagyon alacsony volt Az elkövetkező 20-30 évben számos technológiai áttörés történt Megtanultuk, hogy ma rendkívül vékony membránokat gyártunk, ami azt jelenti, hogy az áteresztőképességük jelentősen megnőtt."
A GKSS Kutatóközpont szakemberei jelentősen hozzájárultak annak a membránnak a kifejlesztéséhez, amely mára lehetővé tette az ozmotikus energiatermelés gyakorlati megvalósítását - igaz, még mindig csak kísérleti jelleggel. Az egyik fejlesztő, Carsten Blicke elmagyarázza: „A membrán vastagsága körülbelül 0,1 mikrométer. Összehasonlításképpen, az emberi haj átmérője 50-100 mikrométer.

Nyilvánvaló, hogy egy ilyen vékony membrán önmagában nem képes ellenállni a magas ozmotikus nyomásnak. Ezért porózus, szivacsszerű, de rendkívül tartós alapra kerül. Általában egy ilyen válaszfal fényes papírnak tűnik, és azt a tényt, hogy film van rajta, szabad szemmel nem lehet észrevenni.

Fényes kilátások

A kísérleti üzem megépítéséhez több millió eurós beruházásra volt szükség. A kockázatvállalásra kész befektetőket, bár nem azonnal, mégis megtalálták. A Statkraft, Norvégia egyik legnagyobb energetikai vállalata és a megújuló energiaforrások felhasználásának európai piacvezetője, önként jelentkezett az innovatív projekt finanszírozására. Peineman professzor így emlékszik vissza: „Hallottak erről a technológiáról, nagyon örültek, és együttműködési megállapodást írtak alá velünk. , beleértve az Intézetünket is.”

„Számos más vállalat” kutatóközpont Finnországban és Portugáliában, valamint egy norvég kutatócég. A Tofte városa melletti Oslofjordban épült és ma felavatott, 2-4 kilowatt teljesítményű kísérleti üzem az innovatív technológia tesztelésére és fejlesztésére szolgál. A Statkraft vezetése azonban biztos abban, hogy néhány éven belül az ozmózis kereskedelmi forgalomba kerül. Az ozmotikus energiatermelés teljes globális potenciálját pedig nem kevesebbre becsülik, mint évi 1600-1700 terawattóra – ez az egész Európai Unió energiafogyasztásának körülbelül a fele. Az ilyen létesítmények legfontosabb előnye a környezetbarátság - nem adnak zajt, és nem szennyezik a légkört üvegházhatású gázok kibocsátásával. Ezenkívül könnyen integrálhatók a meglévő infrastruktúrába.

Környezetbarátság

Külön szeretném megjegyezni ennek a villamosenergia-termelési módszernek az abszolút környezetbarátságát. Nincs hulladék, oxidáló tartályanyagok, káros gőzök. Az IPS akár a városon belül is telepíthető anélkül, hogy kárt okozna a lakóknak.
Ezenkívül az IPS működése nem igényel más energiaforrást az induláshoz, és nem függ az éghajlati viszonyoktól. Mindezek miatt az IPS szinte ideális módja az áramtermelésnek.

1747-ben egy szép napon Nollet francia apát a konyhából hozott sertéshólyagba öntötte a bordeaux-i bort, amelyet előző nap nem ivott, és egy hordó vízbe merítette. 262 évvel később, 2009. november 24-én Mette-Marit norvég koronahercegnő kortyolt egy pohár pezsgőt. Hogyan kapcsolódik ez a két esemény? Mind Nolle, mind a hercegnő kiemelkedő felfedezéseket tett. Abbot a világon elsőként írta le az ozmózis jelenségét és a membrán alapvető tulajdonságait, Mette-Marit pedig a szimbolikus szalagot átvágva megnyitotta Toftban a világ első ozmotikus erőművét, a Statcraftot.

Vlagyimir Szannyikov

Lehet vitatkozni, hogy valójában mivel töltötte meg a sertéshólyagot a történelembe ment Jean-Antoine Nollet apát és részmunkaidős nagy kísérleti fizikus. De a víz jelenléte mindkét edényben (buborékban és hordóban) tagadhatatlan. Az egyetlen különbség a benne oldott alkohol koncentrációja. Ez a különbség volt az, amely lendületet adott a víz diffúziójának a félig áteresztő membránon keresztül a hordótól a buborékig. A buborék felfúvódása mellett érteni lehetett, hogy ez a jelenség igen jelentős egyirányú erőt hoz létre, amelyet Nolle ozmotikus nyomásnak nevezett el. Az ozmózist pedig úgy határozta meg, mint az oldószer diffúziós folyamatát egy kevésbé tömény oldatból egy töményebb oldatba.

Napjainkban a norvég Statcraft, az európai tisztaenergia-piac vezető vállalata megtalálta a módját, hogy ezt a nyomást elektromos árammá alakítsa. Az új technológia az egyetlen, amely az édesvíz és a tengervíz közötti ásványi sók természetes különbségeiből képes kivonni joule-t, nem pedig mozgásuk kinetikus energiájából. A norvégok becslése szerint a világ megújuló ozmózisos energiaforrásai 1,6 és 1,7 terawatt között mozognak – körülbelül ugyanannyira, mint amennyire Kínának 2004-ben milliárddolláros szüksége volt! A szeszélyes széllel, szörföléssel és napsütéssel ellentétben az ozmózis folyamatai egy pillanatra sem állnak le, a nap 24 órájában egész évben.

Az ozmotikus erőmű működése nem igényel speciális mérnöki szerkezeteket: kemencék, reaktorok, gátak, hűtőtornyok. A világ első ozmózisos erőműve egy fafeldolgozó üzem üres raktárában található.

Igyál a tengerből

Valójában az ozmózis jelenségét több mint 40 éve használják ipari méretekben. Csak ez nem Abbot Nollet klasszikus előremenő ozmózisa, hanem az úgynevezett fordított ozmózis - az oldószer mesterséges behatolása koncentráltból híg oldatba a természetes ozmotikus nyomást meghaladó nyomás hatására. Ezt a technológiát az 1970-es évek eleje óta használják a sótalanító és tisztító üzemekben. A sós tengervizet egy speciális membránra pumpálják, és a pórusokon áthaladva megfosztják az ásványi sók jelentős hányadától, valamint a baktériumoktól, sőt a vírusoktól is. A sós vagy szennyezett víz szivattyúzása nagy mennyiségű energiát igényel, de a játék megéri a gyertyát – a bolygón számos olyan régió van, ahol akut probléma az ivóvízhiány.

Az elméleti fejlemények ezen a területen a huszadik század elején jelentek meg, de végrehajtásukból hiányzott a fő dolog - egy megfelelő ozmotikus membrán. Egy ilyen membránnak 20-szor nagyobb nyomást kellett ellenállnia, mint a hagyományos háztartási vízvezeték nyomásának, és rendkívül magas porozitású. A hasonló tulajdonságokkal rendelkező anyagok létrehozása a második világháború után vált lehetővé, amikor a katonai projektek során felhalmozott tudományos potenciál lendületet adott a szintetikus polimerek előállítására szolgáló technológiák fejlesztésének.

Nehéz elhinni, hogy már a két oldat koncentrációjának különbsége is komoly erőt tud kiváltani, de igaz: az ozmózisnyomás 120 méterrel megemelheti a tengervíz szintjét.

A legjelentősebb áttörés ezen a területen 1959-ben történt. Sydney Loeb és Srinivasa Suranjan, a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem munkatársai kifejlesztettek egy spirális anizotróp membránt, amely képes ellenállni a hatalmas nyomásnak, hatékonyan megtartja az ásványi sókat és a mechanikai részecskéket akár 5 mikron méretig, és ami a legfontosabb, nagy áteresztőképességű minimális méretekkel. Loeb és Suranjan találmánya költséghatékony üzletté tette az ozmotikus sótalanítást. Az 1960-as évek elején a kaliforniai Coalingában Loeb megépítette a világ első sótalanító állomását a PRO (Pressure retarded osmosis) effektus segítségével, majd Izraelbe költözött, ahol az UNESCO támogatásával folytatta kutatásait. Loeb részvételével 1967-ben Yotvata városában egy napi 150 m³ kapacitású sótalanító üzem épült, amely egy földalatti tóból állít elő tiszta ivóvizet, amelynek sótartalma tízszer magasabb, mint a tengervízé. Három évvel később a PRO technológiát amerikai szabadalom védte.

Az ozmózis és az űr

Membránlaboratórium a NASA Központban Ames évek óta megoldja az űrállomások lakóinak ivóvízzel való ellátásának problémáját. A tudósok kifejlesztették a DOC technológiát, amely két többirányú folyamatot – az előremenő és a fordított ozmózist – egyesít. Fordított ozmózis esetén a membrán finom szűrőként működik, és sok energiát igényel. Az előre irányuló ozmózis éppen ellenkezőleg, azt hozza létre. Ezen eljárások mindegyike külön-külön megfosztja a vizes oldatokat a szennyeződések túlnyomó részétől. Az eredmény az úgynevezett szürke víz, amely higiéniai célokra használható. Annak érdekében, hogy szürke vízből ivóvizet állítsanak elő, az oldat membrántisztításon megy keresztül további melegítés nélkül, majd a katalitikus oxidációs alrendszerben megtisztul a baktériumoktól és vírusoktól. A DOC egyensúlyi energiaintenzitása elég alacsony az űrben való használatra.
Az űrállomások víztisztításának eredeti módszerét az amerikai Osmotek cég mutatta be. A hulladéktermékek összegyűjtéséhez membránzacskók, például aktív szenet tartalmazó teazsákok használatát javasolja. A membrán csak kis mennyiségű szennyeződést tartalmazó vizet enged ki. Ez az elsődleges oldat ezután egy membránkamrába kerül, amelynek egy másik részében egy speciális koncentrált hordozó található. Az így kialakuló előremenő ozmózis jelensége befejezi a folyamatot.
Az Oasys azt ígéri, hogy nem kevesebb, mint tízszeresére csökkenti az ozmotikus sótalanító üzemek energiafogyasztását. Igaz, ebben az esetben nem az ellenkezőjéről beszélünk, hanem az előremenő ozmózisról. És nem egyszerű, hanem módosított. Lényege, hogy a hagyományos PRO membrán ellentétes oldalán szabadalmaztatott extrakciós oldat van jelen, amely magas ammónia-, szén-dioxid- és egyéb vegyi anyagokat tartalmaz. Ha két oldat érintkezik, az ozmózis jelensége lép fel, és az alapanyag megtisztul a szennyeződésektől. Az Oasys technika csúcspontja, hogy a tiszta édesvíz áramlása nem keveredik a húzóoldattal.

Különféle tudományos csoportok és cégek az 1970-es évek eleje óta végeznek kísérleteket az ozmotikus nyomás elektromos energiává alakítására Loeb-Suranjan membránok segítségével. Ennek az eljárásnak az elve nyilvánvaló volt: a membrán pórusain áthatoló friss (folyami) víz áramlása megnöveli a nyomást a tengervíz-tározóban, ezáltal lehetővé teszi a turbina forgását. A szennyvíz ezután a tengerbe kerül. Az egyetlen probléma az volt, hogy a klasszikus PRO membránok túl drágák, szeszélyesek és nem biztosították a szükséges áramlási teljesítményt. Az ügy az 1980-as évek végén kezdődött, amikor Thorleif Holt és Thor Thorsen norvég kémikusok, a SINTEF Intézettől a probléma megoldását keresték.

Kozmikus kör

A Loeb membránoknak klinikai minőségre volt szükségük a csúcsteljesítmény fenntartásához. A sótalanító állomás membránmoduljának kialakítása megkövetelte egy elsődleges durva szűrő és egy erős szivattyú jelenlétét, amely eltávolította a törmeléket a membrán munkafelületéről.

Holt és Thorsen, miután elemezték a legígéretesebb anyagok jellemzőit, az olcsó módosított polietilént választották. Tudományos folyóiratokban megjelent publikációik felkeltették a Statcraft szakembereinek figyelmét, a norvég vegyészek pedig felkérést kaptak, hogy folytassák munkájukat az energiavállalat égisze alatt. 2001-ben a Statcraft membránprogramja állami támogatást kapott. A kapott pénzeszközök felhasználásával egy kísérleti ozmotikus berendezést építettek Sunndalsjorban a membránminták tesztelésére és a technológia egészének tesztelésére. Az aktív felület valamivel meghaladta a 200 m²-t.

A sematikus képeken az ozmotikus membrán falként van megrajzolva. Valójában ez egy hengeres testbe zárt tekercs. Többrétegű szerkezete édes és sós víz rétegeit váltja fel. A keresztmetszet azt mutatja, hogy az ozmotikus hengeren belüli vízáramlás hogyan szerveződik. Minél több ilyen modult telepítenek az állomásra, annál több energiát tud előállítani.

A folyamat felgyorsítása érdekében a NASA speciális membránlaboratóriumának mérnökeit hívták meg a csapathoz. A helyzet az, hogy az Apollo Hold-program előkészületei óta a NASA Centerben. Ames mélyreható kutatásokat végzett a vizes oldatok sótalanítására és tisztítására szolgáló technológiák terén. Az amerikai tapasztalatok jól jöttek, és 2008-ra a Statcraft birtokában voltak az első spirális poliimid membrán minták a jövőbeni ozmotikus erőművek számára. Teljesítményük 1 W/1 m² volt, másodpercenként 10 liter friss víz diffúziójával 10 bar nyomáson.

A toft-i állomás éppen ilyen membránmodulokat üzemeltet 2000 m² összterülettel. Ez bőven elég 4 kW előállításához, de egy teljes értékű, 25 megawattos állomáshoz akár 5 millió négyzetméterre is szükség lenne. Természetesen az ozmotikus erőművek membránjainak sokkal hatékonyabbaknak kell lenniük, mint a jelenlegiek. Stein Eric Skillhagen, a Statcraft programot felügyelő alelnöke szerint a cég jelenleg 3 W/m2-es spirális üreges szálmintákat tesztel, a lapos 5 W-os membránok várhatóan 2015-re lesznek elérhetők. Ezenkívül a norvégok alaposan tanulmányozzák a harmadik felek fejlesztéseit ezen a területen, és aktívan együttműködnek a General Electric, a Hydranautics, a Dow és a japán Toray szakembereivel.

Hollandiában másodpercenként 3300 köbméter folyóvíz folyik a sós tengerbe. A tudósok kiszámították, hogy teljes energiapotenciálja 4,5 * 10 9 W. A KEMA kutatói ezen a feneketlen hordóból is legalább egy részét kívánják kifogni, de véleményük szerint felesleges mechanika nélkül. És van ilyen lehetőség. Egyelőre - a fordított elektrodialízis RED (fordított elektrodialízis) kísérleti telepítése formájában. Tengert és édesvizet is használ, félig áteresztő határokkal elválasztva. Itt csak két membrán van, és ezek elektródaként működnek. Végtére is, a RED egy olyan akkumulátor, amely az ionkoncentráció különbségének köszönhetően működik két környezetben. Ez a különbség gyenge feszültséget hoz létre az anód- és katódmembránok felületén. Ha csomagot állít össze belőlük, a feszültség nagyon észrevehető lesz. Például egy szabványos szállítókonténer méretű akkumulátor csaknem 250 kW-ot termel. A KEMA 2006 óta üzemeltet egy kis 50 kW-os üzemet Harlingenben. Módszereket tesztel a membránok bioanyaggal való szennyeződésének tisztítására és megelőzésére. A klinikai tisztaság kritikus tényező a rendszer hatékony működésében.

Egyébként a közvetlen ozmózishoz használt membrán nem egy vékony fal, amelyet az egyszerűsített diagramok ábrázolnak, hanem egy hosszú tekercs, amely hengeres testbe van zárva. A testhez való csatlakozások úgy vannak kialakítva, hogy a tekercs minden rétegében mindig friss víz legyen a membrán egyik oldalán, a másikon tengervíz.

A mélység energiája

Az édesvíz és a tengervíz sótartalma (tudományos értelemben - sótartalom gradiense) közötti különbség az ozmotikus erőmű működésének alapelve. Minél nagyobb, annál nagyobb a membrán térfogata és áramlási sebessége, és ezáltal a hidraulikus turbina által termelt energia mennyisége. Toftban az ozmózis hatására a gravitáció hatására édesvíz áramlik a membránra, a tengervíz nyomása a másik oldalon meredeken megnő. Az ozmózis ereje óriási - a nyomás 120 méterrel megemelheti a tengervíz szintjét.

Ezután a keletkező hígított tengervíz a nyomáselosztón keresztül a turbina lapátjaira zúdul, és miután minden energiáját megadta nekik, a tengerbe dobja. A nyomáselosztó veszi az áramlási energia egy részét, forgatva a tengervizet szivattyúzó szivattyúkat. Ily módon jelentősen növelhető az állomás hatékonysága. Rick Stover, az Energy Recovery technológiai igazgatója, amely ilyen eszközöket gyárt a sótalanító üzemek számára, becslése szerint az elosztók energiaátviteli hatékonysága közel 98%. Pontosan ugyanazok a sótalanító berendezések segítik az ivóvíz eljuttatását a lakóépületekbe.

Ahogy Skillhagen megjegyzi, ideális esetben az ozmotikus erőműveket sótalanító üzemekkel kell kombinálni - az utóbbiban a maradék tengervíz sótartalma 10-szer magasabb, mint a természetes szint. Egy ilyen tandemben az energiatermelés hatékonysága legalább kétszeresére nő.

Az építési munkálatok Toftében 2008 őszén kezdődtek. Üres raktárt béreltek a Sódra Cell cellulózgyár területén. Az első emeleten hálós és kvarcszűrős kaszkád került beépítésre a folyó- és tengervíz tisztítására, a második emeleten pedig egy gépház kapott helyet. Ugyanezen év decemberében megtörtént a membránmodulok és a nyomáselosztó kiemelése és felszerelése. 2009 februárjában búvárok egy csoportja két párhuzamos csővezetéket fektetett le az öböl fenekén – édesvíz és tengervíz számára.

A tengervizet Toftban 35-50 m mélységből gyűjtik össze - ebben a rétegben optimális a sótartalma. Ráadásul ott sokkal tisztább, mint a felszínen. Ennek ellenére az állomás membránja rendszeres tisztítást igényel a mikropórusokat eltömítő szerves maradványok eltávolítása érdekében.

Az erőmű 2009 áprilisa óta próbaüzemben üzemelt, majd novemberben Mette-Marit hercegnő könnyed kezével beindították a benne rejlő lehetőségeket. A Skillhagen biztosítja, hogy a Tofte után a Statcraftnak további hasonló, de fejlettebb projektjei lesznek. És nem csak Norvégiában. Elmondása szerint a futballpálya méretű földalatti komplexum egy egész város 15 ezer egyéni otthonának zavartalan ellátására képes. Ezenkívül a szélturbinákkal ellentétben az ilyen ozmotikus telepítés gyakorlatilag csendes, nem változtatja meg az ismerős tájat, és nincs hatással az emberi egészségre. És maga a természet gondoskodik a só- és édesvízkészletek pótlásáról.

A tengerek és folyók, a kimeríthetetlen energiaforrások nemcsak az árapály-, hullám- és vízerőművek turbináit hajtják. A tenger és az édesvizek párhuzamosan működhetnek – és ekkor egy olyan tényező, mint a víz sótartalmának változása, energiagenerátorként működik. Annak ellenére, hogy a sóenergia még csak technológiai fejlődésének elején jár, már most is nyilvánvaló kilátásai vannak.

A sóállomások működési elve és lehetőségei

A sótermelés az ozmózisnak nevezett természetes folyamaton alapul. A természetben széles körben képviselteti magát, élő és élettelen egyaránt. Különösen az ozmotikus nyomás miatt a fákban lévő nedv az anyagcsere során jelentős távolságot tesz meg a gyökerektől a tetejéig, és lenyűgöző magasságba emelkedik - például a szekvoia esetében ez körülbelül száz méter. Hasonló jelenség - az ozmózis - a víztestekben rejlik, és a molekulák mozgásában nyilvánul meg. A részecskék mozgását egy nagyszámú vízmolekulával rendelkező zónából a sószennyeződéseket tartalmazó közegbe hajtják végre.

A sótartalom változása számos esetben lehetséges, beleértve azt is, amikor a tenger vagy a tavak édesebb vizekkel – folyókkal, torkolatokkal és partközeli lagúnákkal – érintkeznek. Ezenkívül a sós és édesvizek közelsége lehetséges a száraz éghajlatú régiókban, olyan területeken, ahol földalatti sólerakódások találhatók, sókupolák és a tengerfenék alatt is. A kommunikáló víztömegek sótartalmának különbsége mesterségesen - párologtató tavakban, szoláris réteges tavakban, vegyipari kibocsátások megoldásaiban és energetikai létesítmények, köztük atomerőművek víztározóiban keletkezhet.

Az ionok mozgása, mint minden természeti erő, felhasználható energia előállítására. A sóképzés klasszikus elve egy ionok számára áteresztő membrán felépítése a friss és a sóoldat között. Ebben az esetben a friss oldat részecskéi áthaladnak a membránon, a sós folyadék nyomása megnő, és kompenzálja az ozmotikus erőket. Mivel a természetben a folyók édesvízellátása állandó, az ionok mozgása stabil lesz, mivel a nyomáskülönbség nem változik. Ez utóbbi hajtja a generátorok hidraulikus turbináit, és így termel energiát.

Az energiatermelés lehetőségei elsősorban a víz sótartalmától, valamint a folyó áramlási szintjétől függenek. A Világóceán átlagos sótartalma 35 kilogramm vízköbméterenként. Az ozmotikus nyomás ezen a szinten eléri a 24 atmoszférát, ami megegyezik a 240 méteres gátmagasságról lehulló víz erejével. Az édesvízi víztestekből a tengerekbe történő teljes vízkibocsátás évi 3,7 ezer köbkilométer. Ha az Európai Unió legnagyobb folyóiban – a Visztulában, a Rajnában és a Dunában – rejlő potenciál 10%-át termelésre fordítjuk, a megtermelt energia mennyisége háromszorosa lesz az európai átlagfogyasztásnak.

Néhány impozánsabb adat: a Volga Kaszpi-tengerbe ömlő területén erőművek építésével évente 15 TWh energiát lehet majd előállítani. A Dnyeper-Fekete-tenger, illetve az Amur-Tatár-szoros találkozási területein 10 TWh, illetve 12 TWh energiatermelés lehetséges. A norvég Statkraft cég szakemberei szerint a sóenergia teljes potenciálja eléri a 0,7-1,7 ezer TWh-t, vagyis a globális szükséglet 10%-át. A szakértők legoptimistább becslései szerint a víz sótartalmának maximalizálása több elektromos áram beszerzését teszi lehetővé, mint amennyit az emberiség jelenleg fogyaszt.

Európa: befejezett projektek

A 20. század hetvenes éveire nyúlnak vissza a tudósok első kísérletei arra, hogy ozmotikus nyomás létrehozásával elektromos áramot állítsanak elő, amely generátorturbinák meghajtására alkalmas lenne. Már akkor is javasolták, hogy egy új típusú termelőberendezés főkomponenseként egy félig áteresztő membránt alkalmazzanak, amely áthatolhatatlan a sók ellenirányú áramlásával szemben, de teljesen szabadon engedi át a vízmolekulákat.

Az első fejlesztések aligha nevezhetők sikeresnek - a membránok nem biztosítottak kellően erős áramlást. Olyan anyagokra volt szükség, amelyek két tucatszor nagyobb nyomást tudtak ellenállni, mint a vízellátó hálózatokban, és ugyanakkor porózus szerkezetűek. A fejlesztés a nyolcvanas évek közepén kezdődött, miután a norvég SINTEF cég megalkotott egy olcsó módosított kerámiaalapú polietilént.

Az új technológia átvétele után a norvégok ténylegesen megnyitották az utat a sótermelési projektek gyakorlati megvalósítása előtt. 2001-ben az ország kormánya támogatást ítélt oda a Statkraftnak egy 200 négyzetméter teljes membránfelületű kísérleti ozmotikus berendezés megépítésére. Az állomás építése körülbelül 20 millió dollárba került. A létesítmény Tofte városában (Khurum kommunában található). Az építkezés alapja a Södra Cell Tofte papírgyár infrastruktúrája volt.

Södra Cell Tofte papírgyár kísérleti üzemtel

A generátor teljesítménye több mint szerénynek bizonyult - az állomás maximum 4 kW energiát termel, ami csak két elektromos vízforraló működtetéséhez elegendő. A jövőben a teljesítménymutatót 10 kW-ra tervezik növelni. Nem szabad azonban elfelejteni, hogy a kísérleti projekt kísérletként indult, és elsősorban a technológiák tesztelésére és az elméleti számítások gyakorlati tesztelésére irányult. Feltételezhető, hogy az állomás kereskedelmi üzembe helyezhető, ha a kísérletet sikeresnek ítélik. Ebben az esetben a generátor költséghatékony teljesítményét a membránfelület négyzetméterenkénti 5 W-ra kell növelni, de most ez a szám a norvég állomás esetében nem haladja meg az 1 W-ot négyzetméterenként.

Kísérleti ozmotikus beállítás

A membrántechnológiát alkalmazó sótermelés fejlesztésének következő állomása egy erőmű beindítása volt a hollandiai Afsluitdijkban 2014-ben. A létesítmény kezdeti teljesítménye ellenőrizetlen adatok szerint 50 kW volt, ez több tíz megawattra növelhető. Az Északi-tenger partjainál épült állomás, ha megvalósul a projekt, 200 ezer háztartás energiaszükségletét lesz képes kielégíteni – számolt ki a membránszállítóként tevékenykedő Fudji cég.

Oroszország és Japán, mint ígéretes területek

Ha arról beszélünk, hogy a világ mely régióiban jelennek meg a következő állomások, akkor ennek az energiatípusnak Japánban van a legtöbb kilátása. Ez elsősorban a szükséges komponensek megalapozott gyártásának köszönhető - az ország vállalatai a világ ozmotikus membránmennyiségének 70% -át állítják elő. Valószínűleg a földrajzi tényező is működni fog – a Tokiói Műszaki Intézet szakemberei arra a következtetésre jutottak, hogy Japánban nagy lehetőségek rejlenek a sóenergia fejlesztésében. Az ország szigeteit minden oldalról óceáni vizek veszik körül, amelyekbe nagyszámú folyó ömlik. Az ozmotikus állomások használatával 5 GW energia termelése válik lehetővé, ami több atomerőmű termelésének felel meg, amelyek többségét a fukusimai katasztrófa után bezárták a japán térségben.

Ozmotikus membránok

Az orosz terület nem kevésbé vonzó e szegmens fejlesztése szempontjából. Hazai szakemberek szerint teljesen megvalósítható projekt lehet egy ozmotikus állomás építése azon a területen, ahol a Volga a Kaszpi-tengerbe ömlik. A folyó torkolatánál a vízhozam 7,71 ezer köbméter másodpercenként, a potenciális sótermelő kapacitás 2,83 GW-on belül ingadozik. Az állomás teljesítménye a folyó vízhozamának 10%-át felhasználva 290 MW lesz. A régió fejlett gazdasági tevékenysége, a Volga-delta állat- és növényvilágának bősége azonban bizonyos mértékig megnehezíti az állomásépítési projektet - számos mérnöki építmény, halátjáró csatornák és vízgyűjtők építésére lesz szükség.

Ezenkívül a Krím az egyik ígéretes helyszín az ozmózisgenerálás bevezetésére. Bár a félsziget folyóinak teljes potenciálja csekély, az egyes létesítmények, például szállodák energiaszükségletét mégis kielégítheti. A szakértők pusztán hipotetikusan fontolgatják annak lehetőségét is, hogy a Krím-félszigeten szennyvizet friss forrásként használhassanak ozmotikus állomásokhoz. A térségben jelenleg nyáron a tengerbe engedett szennyvíz mennyisége meghaladhatja az egyes folyók áramlási intenzitását. Ebben az esetben azonban különösen élessé válik a berendezések szennyeződésektől való hatékony tisztításának technológiája.

Másrészt, a kedvező földrajzi adottságok és a termelő létesítmények helyének széles választéka ellenére Oroszországban még nem történtek szisztematikus fejlesztések ezekben a kérdésekben. Bár egyes adatok szerint 1990-ben a Szovjetunió Tudományos Akadémia Távol-keleti Tudományos Központjának tudományos csoportja alapján tanulmányt készítettek a sóenergia fejlesztésének lehetőségéről a laboratóriumi kísérletekig, az eredmények ez a munka ismeretlen maradt. Összehasonlításképpen, ugyanabban az Európában a kilencvenes évek eleje óta a környezetvédelmi szervezetek nyomására meredeken felerősödtek az ozmotikus állomások létrehozásával kapcsolatos kutatások. Ebben a munkában mindenféle startup aktívan részt vesz az EU-ban, állami támogatásokat, támogatásokat használnak fel.

A technológia további fejlesztésének módjai

A sóenergia-ipar legígéretesebb kutatásai elsősorban az energiatermelés hatékonyságának javítását célozzák az említett membrántechnológiával. A francia kutatóknak különösen sikerült 4 kW-ra emelniük az energiatermelési sebességet négyzetméterenként membránon, ami már nagyon közel hozta a valósághoz az állomások kereskedelmi alapokra helyezésének lehetőségét. Az USA és Japán tudósai még tovább mentek - sikerült grafénfilm technológiát alkalmazniuk a membránszerkezetben. Magas fokú permeabilitás érhető el a membrán ultra-kis vastagságának köszönhetően, amely nem haladja meg az atom méretét. Feltételezzük, hogy grafén membránok használatával a felületről négyzetméterenkénti energiatermelés 10 kW-ra növelhető.

A Lausanne-i Szövetségi Politechnikai Iskola (Svájc) szakembereinek egy csoportja elkezdte kutatni annak lehetőségét, hogy egy energiatöltést harmadik féltől származó módon – generátorturbinák használata nélkül, hanem közvetlenül az ionok membránokon való áthaladása közben – hatékonyan rögzíthessenek. Ehhez három atom vastag molibdén-diszulfid lemezeket használtak a vizsgálati beállításokban. Ez az anyag viszonylag olcsó, és a természetben lévő készletei meglehetősen nagyok.

A lemezeken mikrolyukak vannak kialakítva, amelyek lehetővé teszik a töltött sórészecskék átjutását, amelyek mozgásuk során energiát termelnek. Egy ilyen membránpórus akár 20 nanowattot is képes termelni. A zürichi Svájci Szövetségi Technológiai Intézet szerint az ilyen típusú, 0,3 négyzetméteres membránok körülbelül megawatt energiát termelnek. Nyilvánvalóan egy ilyen mutató sikeres kísérletek esetén igazi áttörésnek tekinthető az iparágban. A kutatás mostanra a kezdeti szakaszban jár, a tudósok már találkoztak az első problémával - még nem tudnak nagyszámú egyenletesen elhelyezkedő nanolyukat készíteni a membránokban.

Az USA-ban, Izraelben és Svédországban eközben olyan módszereket fejlesztenek ki, amelyek segítségével fordított elektrodialízissel, egyfajta membrántechnológiával nyerhetnek energiát. Ez a technika, amely ion-szelektív membránok használatát foglalja magában, lehetővé teszi a víz sótartalmának villamos energiává történő közvetlen átalakítását. A névleges generáló elem szerepe egy elektrodialízis akkumulátor, amely elektródákból és a közöttük elhelyezett több membránból áll, külön-külön kialakítva, hogy biztosítsa a kationok és anionok cseréjét.

Fordított elektrodialízis áramkör

A membránok több kamrát alkotnak, amelyekbe különböző fokú sótelítettségű oldatok jutnak be. Amikor az ionok egy bizonyos irányban áthaladnak a lemezek között, elektromosság halmozódik fel az elektródákon. Talán a legújabb membrántechnológiák használatával az ilyen telepítések hatékonysága magas lesz. Eddig a hasonló kialakítású - dialitikus akkumulátorokkal - telepített berendezések létrehozásával kapcsolatos kísérletek nem mutattak lenyűgöző eredményeket. Különösen a kationos és anionos membránok használata csak 0,33 wattot biztosít négyzetméterenként. Az utóbbiak meglehetősen drágák és rövid életűek.

A membrántechnológiákat általában nem a semmiből sajátítják el – az ilyen kialakítások alapvetően hasonlóak a vízsótalanító üzemekben használt lemezekhez, de sokkal vékonyabbak és nehezebben gyárthatók. A sótalanító membránok gyártásában vezető vállalatok, köztük a General Electric, még nem kezdték meg az ozmotikus állomások lemezeinek szállítását. A társaság sajtószolgálata szerint legkorábban öt-tíz év múlva kezdi meg az energiaszektor membrángyártását.

A hagyományos membrántechnológiák fejlesztésével kapcsolatos nehézségek hátterében számos kutató szentelte tevékenységét a sótermelés alternatív módszereinek felkutatásának. Így Doriano Brogioli olasz fizikus azt javasolta, hogy a víz sótartalmát használják fel az energia kinyerésére egy ionisztorral - egy nagy kapacitású kondenzátorral. Az energia felhalmozódása az aktív szén elektródákon történik, miközben a friss és a sós víz egymás után belép ugyanabba a kamrába. Egy gyakorlati kísérlet során a tudósnak sikerült 5 mikrojoule energiát generálnia a tartály egy feltöltési ciklusa során. Sokkal magasabbra becsülte beépítésének potenciálját – akár 1,6 kilojoule/liter édesvízre is, feltéve, hogy nagyobb kapacitású ionisztorokat használnak, ami nagyon hasonló a membrángenerátorokhoz.

A Stanford Egyetem amerikai szakemberei hasonló utat jártak be. Akkumulátoraik kialakítása lehetővé teszi, hogy az akkumulátorkamrát friss vízzel töltsék fel, további kis feltöltéssel külső forrásból. Édesvízről tengervízre váltás után az ionok számának tízszeres növekedése miatt megnő az elektromos potenciál az elektródák között, ami több energia termeléséhez vezet, mint amennyit az akkumulátor töltésére fordítanak.

A víz sótartalmának alkalmazásának egy teljesen más elvét meglehetősen nehéz megvalósítani, de ezt már tesztelték makett-generáló növényeken. Ez magában foglalja a telített gőznyomás különbségének felhasználását a sós és édesvízi víztestek felett. A helyzet az, hogy a víz sótartalmának növekedésével a felszín feletti gőznyomás csökken. A nyomáskülönbség felhasználható energia előállítására.

Mikroturbinák használatakor a hőcserélő minden négyzetméteréből akár 10 watt energiát is lehet nyerni, ehhez azonban csak nagy sótartalmú víztestekre van szükség - például a Vörös- vagy a Holt-tengerre. Ezenkívül a technológia megköveteli az alacsony, vákuumhoz közeli légköri nyomás fenntartását a berendezésen belül, ami problémás, ha a generátor nyílt vízben van elhelyezve.

Sóból származó energia: több előny

A sótermelés területén, más energiaágazatokhoz hasonlóan, a kiemelt fejlesztési ösztönző a gazdasági tényező. Ebben a tekintetben a sóenergia több mint vonzónak tűnik. Így a szakértők szerint, feltéve, hogy a meglévő, membránokat használó energiatermelési technológiákat továbbfejlesztik, a termelési költség 0,08 euró lesz 1 kW-onként – még a termelő vállalatok támogatásának hiányában is.

Összehasonlításképpen, az európai országok szélerőműparkjaiban az energiatermelés költsége kilowattonként 0,1 és 0,2 euró között mozog. A széntermelés olcsóbb - 0,06-0,08 €, a gáz-széntermelés - 0,08-0,1 €, ugyanakkor figyelembe kell venni, hogy a hőerőművek szennyezik a légköri levegőt. Így az árszegmensben az ozmotikus állomások egyértelmű előnnyel rendelkeznek a többi alternatív energiafajtával szemben. A szél- és naperőművekkel ellentétben a sógenerátorok műszakilag hatékonyabbak - működésük nem függ a napszaktól és az évszaktól, a víz sótartalma pedig szinte állandó.

Az ozmotikus állomások építése, szemben a vízerőművekkel és más típusú víztesteken működő állomásokkal, nem igényel speciális vízműtárgyak építési költségeit. A tengeri energia más típusaiban a helyzet rosszabb. A Pronedra korábban arról írt, hogy az árapály-állomások építéséhez nagyszabású és összetett infrastruktúra kiépítése szükséges. Emlékezzünk arra, hogy hasonló problémák vonatkoznak az óceáni áramlatok és tengeri hullámok erejével működő energetikai létesítményekre is.

Az alternatív energia egyik területeként a sótermelést „ökológiai plusz” jellemzi - az ozmotikus állomások működése teljesen biztonságos a környezet számára, nem zavarja meg az élő természet természetes egyensúlyát. A víz sótartalmából energiatermelés folyamatát nem kísérik zajhatások. Az állomások indításához nem kell megváltoztatnia a tájat. Nincsenek károsanyag-kibocsátásuk, hulladékuk vagy füstjük, ezért az ilyen állomások közvetlenül a városokban telepíthetők. Az állomások egyszerűen a folyótorkolatokban található sósvíz szokásos természetes sótalanítási folyamatait használják fel energia előállítására, és semmilyen módon nem befolyásolják a folyásukat.

Számos nyilvánvaló előnye ellenére a sóenergiának vannak bizonyos hátrányai is, amelyek elsősorban a meglévő technológiák tökéletlenségével kapcsolatosak. A nagy termelékenységű, megbízható és egyben olcsó membránok létrehozásával kapcsolatos fent említett problémák mellett sürgető a hatékony szűrők fejlesztése, mivel az ozmotikus erőműbe kerülő vizet alaposan meg kell tisztítani a szerves anyagoktól, amelyek eltömítik a ionok áthaladására szolgáló csatornák.

Az állomások hátrányai közé tartozik a használatuk lehetőségének földrajzi korlátozottsága - az ilyen generátorokat csak édes- és sós víztestek határára, azaz folyótorkolatokra vagy sós tavakra telepítik. Mindazonáltal a sóenergiának még a meglévő hiányosságok ellenére, hatalmas előnyei mellett, valamint a technológiai problémák leküzdése mellett is kétségtelenül nagy esélye van arra, hogy elfoglalja az egyik kulcspozíciót a globális termelési piacon.

Felismerve, hogy a fosszilis energiaforrások készletei korlátozottak, és a nukleáris technológiák alkalmazása jelentős kockázatokkal jár, és szembesül a radioaktív hulladékok elhelyezésének problémájával, az emberek egyre inkább alternatív energiaforrások felhasználásával próbálkoznak. A megújuló erőforrások teljes energiapotenciálja 3 ezerszer nagyobb, mint az emberiség jelenlegi szükséglete. Igaz, ennek a potenciálnak csak kis része használható ki, de még ez is - a technológiai fejlettség jelenlegi szintjén is - az energiaszükséglet közel 6-szoros fedezésére elegendő. A napenergia önmagában bőven elegendő lenne.

Ennek ellenére a mérnökök továbbra is egyre több alternatív energiaforrás után kutatnak – vagy visszatérnek a régi ötletekhez, amelyeket korábban kilátástalannak tartottak, ezért elutasítottak, de most ismét sikerrel kecsegtetnek. A kedden Norvégiában elindított kísérleti üzem az egyik ilyen projekt. Olyan technológián alapul, amely lehetővé teszi az energia kinyerését abból a nyomásból, amely akkor keletkezik, amikor az édes és a sós víz összeolvad ott, ahol egy folyó a tengerbe ömlik. Az úgynevezett ozmózisról beszélünk.

Édesvíz + tengervíz = energiaforrás

Általában ott, ahol egy folyó a tengerbe ömlik, az édesvíz egyszerűen keveredik a sós vízzel, és ott nincs nyomás, amely energiaforrásként szolgálhatna. Klaus-Viktor Peinemann professzor, az észak-németországi Geesthacht városában található GKSS Kutatóközpont Polimerkutató Intézetének munkatársa megnevezi azokat a feltételeket, amelyek szükségesek az ozmotikus nyomás kialakulásához: „Ha a tengervizet és az édesvizet szűrő választja el, keverés - egy speciális membrán, amely átengedi a vizet, de át nem ereszti a sót, akkor az oldatok termodinamikai egyensúlyra való hajlama és a koncentrációk kiegyenlítődése csak annak köszönhető, hogy a víz behatol a sóoldatba, és a só behatol. ne kerüljön édesvízbe."

Ha ez egy zárt tartályban történik, akkor a túlzott hidrosztatikus nyomás, az úgynevezett ozmotikus nyomás, a tengervízből származik. Ahhoz, hogy energiatermelésre használhassa, ott, ahol a folyó a tengerbe ömlik, egy nagy tartályt kell felszerelni két kamrával, amelyeket egy féligáteresztő membrán választ el egymástól, amely lehetővé teszi a víz áthaladását és a só áthaladását. keresztül. Az egyik kamra sós, a másik friss vízzel van feltöltve. „Az így keletkező ozmotikus nyomás nagyon magas lehet” – hangsúlyozza Peineman professzor. „Körülbelül eléri a 25 bar-t, ami megfelel a 100 méteres magasságból zuhanó vízesés lábánál tapasztalható víznyomásnak.

Az ilyen nagy ozmózisnyomású vizet egy generátorturbinához vezetik, amely elektromosságot termel.

A lényeg a megfelelő membrán

Úgy tűnik, minden egyszerű. Ezért nem meglepő, hogy az ozmózis energiaforrásként való felhasználásának ötlete csaknem fél évszázaddal ezelőtt született. De... „Akkor az egyik fő akadály a megfelelő minőségű membránok hiánya volt” – mondja Payneman professzor. „A membránok rendkívül lassúak voltak, így az ozmotikus elektromos generátor hatékonysága nagyon alacsony volt Az elkövetkező 20-30 évben számos technológiai áttörés történt Megtanultuk, hogy ma rendkívül vékony membránokat gyártunk, ami azt jelenti, hogy az áteresztőképességük jelentősen megnőtt."
A GKSS Kutatóközpont szakemberei jelentősen hozzájárultak annak a membránnak a kifejlesztéséhez, amely mára lehetővé tette az ozmotikus energiatermelés gyakorlati megvalósítását - igaz, még mindig csak kísérleti jelleggel. Az egyik fejlesztő, Carsten Blicke elmagyarázza: „A membrán vastagsága körülbelül 0,1 mikrométer. Összehasonlításképpen, az emberi haj átmérője 50-100 mikrométer.

Nyilvánvaló, hogy egy ilyen vékony membrán önmagában nem képes ellenállni a magas ozmotikus nyomásnak. Ezért porózus, szivacsszerű, de rendkívül tartós alapra kerül. Általában egy ilyen válaszfal fényes papírnak tűnik, és azt a tényt, hogy film van rajta, szabad szemmel nem lehet észrevenni.

Fényes kilátások

A kísérleti üzem megépítéséhez több millió eurós beruházásra volt szükség. A kockázatvállalásra kész befektetőket, bár nem azonnal, mégis megtalálták. A Statkraft, Norvégia egyik legnagyobb energetikai vállalata és a megújuló energiaforrások felhasználásának európai piacvezetője, önként jelentkezett az innovatív projekt finanszírozására. Peineman professzor így emlékszik vissza: „Hallottak erről a technológiáról, nagyon örültek, és együttműködési megállapodást írtak alá velünk. , beleértve az Intézetünket is.”

„Számos más vállalat” kutatóközpont Finnországban és Portugáliában, valamint egy norvég kutatócég. A Tofte városa melletti Oslofjordban épült és ma felavatott, 2-4 kilowatt teljesítményű kísérleti üzem az innovatív technológia tesztelésére és fejlesztésére szolgál. A Statkraft vezetése azonban biztos abban, hogy néhány éven belül az ozmózis kereskedelmi forgalomba kerül. Az ozmotikus energiatermelés teljes globális potenciálját pedig nem kevesebbre becsülik, mint évi 1600-1700 terawattóra – ez az egész Európai Unió energiafogyasztásának körülbelül a fele. Az ilyen létesítmények legfontosabb előnye a környezetbarátság - nem adnak zajt, és nem szennyezik a légkört üvegházhatású gázok kibocsátásával. Ezenkívül könnyen integrálhatók a meglévő infrastruktúrába.