Nhà máy điện thẩm thấu: năng lượng nước mặn tinh khiết

Cần phải cảnh báo ngay: không có lỗi trong tiêu đề, sẽ không có câu chuyện về phụ âm năng lượng vũ trụ với tên. Chúng tôi sẽ để nó cho các nhà bí truyền và các nhà văn khoa học viễn tưởng. Và chúng ta sẽ nói về hiện tượng thông thường mà chúng ta cùng tồn tại trong suốt cuộc đời.

Có bao nhiêu người biết do quá trình nước ép trong cây tăng lên một chiều cao đáng kể? Đối với sequoia, nó là hơn 100 mét. Việc vận chuyển nước ép đến vùng quang hợp xảy ra do công việc của hiệu ứng vật lý - thẩm thấu. Nó bao gồm một hiện tượng đơn giản: trong hai dung dịch có nồng độ khác nhau, được đặt trong một bình có màng bán kết (chỉ thấm đối với các phân tử dung môi), một sự khác biệt về mức độ xuất hiện sau một thời gian. Trong bản dịch nghĩa đen từ tiếng Hy Lạp thẩm thấu là một đẩy, áp lực.

Và bây giờ từ động vật hoang dã, chúng tôi sẽ trở lại với công nghệ. Nếu biển và nước ngọt được đặt trong một tàu có vách ngăn, thì do nồng độ muối hòa tan khác nhau xuất hiện áp suất thẩm thấu và mực nước biển dâng lên. Các phân tử nước chuyển từ vùng tập trung cao sang vùng dung dịch, nơi có nhiều tạp chất hơn và ít phân tử nước hơn.

Sự khác biệt về mực nước được tiếp tục sử dụng theo cách thông thường: đây là công việc quen thuộc của các nhà máy thủy điện. Câu hỏi duy nhất là Làm thế nào phù hợp là hiệu ứng thẩm thấu cho sử dụng công nghiệp? Các tính toán cho thấy khi độ mặn của nước biển là 35 g / lít, áp suất giảm 2 389 464 Pascal hoặc khoảng 24 atm được tạo ra do hiện tượng thẩm thấu. Trong thực tế, điều này tương đương với một con đập có chiều cao 240 mét.

Nhưng bên cạnh áp lực, tính chọn lọc của màng và tính thấm của chúng cũng là một đặc tính rất quan trọng. Rốt cuộc, tuabin không tạo ra năng lượng từ áp suất chênh lệch, mà do dòng nước chảy. Ở đây, cho đến gần đây, có những khó khăn rất nghiêm trọng. Một màng thẩm thấu phù hợp phải chịu được áp lực gấp 20 lần áp lực trong nguồn cấp nước thông thường. Đồng thời, có độ xốp cao, nhưng giữ lại các phân tử muối. Sự kết hợp của các yêu cầu xung đột trong một thời gian dài không cho phép sử dụng thẩm thấu cho các mục đích công nghiệp.

Để giải quyết vấn đề khử muối, nước đã được phát minh Màng Loebchịu được áp lực rất lớn và giữ lại các muối và hạt khoáng chất lên tới 5 micron. Trong một thời gian dài, không thể áp dụng màng Loeb cho thẩm thấu trực tiếp (phát điện), bởi vì Chúng cực kỳ đắt đỏ, thất thường trong hoạt động và có độ thấm thấp.

Một bước đột phá trong việc sử dụng màng thẩm thấu xuất hiện vào cuối những năm 80, khi các nhà khoa học Na Uy Holt và Thorsen đề nghị sử dụng màng nhựa dựa trên gốm. Cải thiện cấu trúc của polyetylen giá rẻ cho phép chúng tôi tạo ra thiết kế màng xoắn ốc phù hợp để sử dụng trong sản xuất năng lượng thẩm thấu. Để thử nghiệm công nghệ tạo năng lượng từ hiệu ứng thẩm thấu, vào năm 2009, thí nghiệm đầu tiên trên thế giới trạm điện thẩm thấu.

Nhận được một khoản trợ cấp của nhà nước và chi hơn 20 triệu đô la, công ty năng lượng Na Uy Statkraft đã trở thành người tiên phong trong một loại năng lượng mới. Nhà máy điện thẩm thấu được xây dựng tạo ra khoảng 4 kW năng lượng, đủ để làm việc ... hai ấm điện. Nhưng các mục tiêu của việc xây dựng nhà ga nghiêm trọng hơn nhiều: xét cho cùng, thử nghiệm công nghệ và thử nghiệm trong điều kiện thực tế, các vật liệu cho màng mở ra cách tạo ra các cấu trúc mạnh hơn nhiều.

Sự hấp dẫn thương mại của các trạm bắt đầu với hiệu suất loại bỏ năng lượng hơn 5 watt trên một mét vuông màng.Tại nhà ga Na Uy ở Toft, giá trị này chỉ vượt quá 1 W / m2. Nhưng ngày nay, các màng có hiệu suất 2,4 W / m2 đang được thử nghiệm và vào năm 2015, giá trị hiệu quả của chi phí là 5 W / m2 dự kiến.

Trạm năng lượng thẩm thấu ở Toft

Nhưng có thông tin đáng khích lệ từ một trung tâm nghiên cứu ở Pháp. Làm việc với các vật liệu dựa trên ống nano carbon, các nhà khoa học đã thu được trên các mẫu hiệu suất khai thác năng lượng thẩm thấu khoảng 4000 W / m2. Và điều này không chỉ hiệu quả về chi phí, mà còn vượt quá hiệu quả của hầu hết các nguồn năng lượng truyền thống.

Ứng dụng hứa hẹn triển vọng ấn tượng hơn nữa phim graphene. Một màng có độ dày của một lớp nguyên tử trở nên hoàn toàn thấm vào các phân tử nước, trong khi vẫn giữ lại bất kỳ tạp chất nào khác. Hiệu quả của vật liệu như vậy có thể vượt quá 10 kW / m2. Các tập đoàn hàng đầu tại Nhật Bản và Mỹ đã tham gia cuộc đua tạo ra các màng hiệu suất cao.

Nếu trong thập kỷ tới có thể giải quyết vấn đề màng cho các trạm thẩm thấu, thì một nguồn năng lượng mới sẽ chiếm vị trí hàng đầu trong việc cung cấp cho nhân loại các nguồn năng lượng thân thiện với môi trường. Không giống như năng lượng gió và mặt trời, các nhà máy thẩm thấu trực tiếp có thể hoạt động suốt ngày đêm và không bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết.

Dự trữ năng lượng thẩm thấu thế giới là rất lớn - lượng nước thải hàng năm của nước sông là hơn 3.700 km khối. Nếu chỉ có thể sử dụng 10% khối lượng này, thì có thể tạo ra hơn 1,5TW / h năng lượng điện, tức là khoảng 50% tiêu thụ châu Âu.

Nhưng không chỉ nguồn này có thể giúp giải quyết vấn đề năng lượng. Với các màng hiệu quả cao, năng lượng của độ sâu của đại dương có thể được sử dụng. Thực tế là độ mặn của nước phụ thuộc vào nhiệt độ, và nó khác nhau ở các độ sâu khác nhau.

Sử dụng độ dốc nhiệt độ của độ mặn, bạn không thể gắn vào các cửa sông trong việc xây dựng các trạm, mà chỉ cần đặt chúng vào các đại dương. Nhưng đây là nhiệm vụ của tương lai xa. Mặc dù thực tế cho thấy rằng việc đưa ra dự đoán trong công nghệ là một nhiệm vụ vô ơn. Và ngày mai tương lai có thể gõ vào thực tế của chúng ta.

Comments

[#1]

Và bạn có thể giải thích chi tiết hơn các cơ chế của quá trình? Và sau đó, tôi cũng như người bà đó, người đã nói chi tiết về nguyên lý hoạt động của động cơ hơi nước trên đầu máy hơi nước, và sau đó bà nói: "Mọi thứ đều rõ ràng, con trai, hãy hiểu. Con chỉ cho con biết con ngựa được khai thác ở đâu?" Giả sử một nhà máy xử lý xả nước thải sau khi xử lý trên biển, tức là Chúng ta có hai nguồn nước có độ mặn khác nhau, hơn nữa, nước biển hiện diện như thể ở trạng thái tĩnh và nước ngọt liên tục được xả. Vậy thì sao? Hãy nói, họ đã tổ chức một hồ chứa khác có màng ở giữa, ở một nửa - nước ngọt, ở bên kia - thứ gì đó mặn - mặn ... Vậy thì sao? Chúng ta thực sự có thể thấy rằng mực nước tăng lên một nửa với nước muối? Dường như rõ ràng là sự khác biệt về cấp độ có thể đã được sử dụng. Nhưng dù sao, bình luận.

[#2]

Ý tưởng thú vị ...
Tuy nhiên, câu hỏi là - tại sao hàng rào vườn màng để nuôi nước mặn ở cửa sông? Người ta nghi ngờ rằng năng lượng tiềm tàng của thể tích nước muối được thẩm thấu sẽ vượt quá đáng kể năng lượng của dòng chảy ở cửa sông ....
Tại sao nó có lợi hơn để tạo ra sự khác biệt bằng thẩm thấu, khi nó đã có sẵn - nước ngọt chảy ra biển từ một con sông. ..... Công nghệ thẩm thấu đề xuất chặn nước ngọt bằng một màng mà qua đó cùng một loại nước sẽ thấm vào nước muối .... tốt, và tăng lên một mức nhất định ....Làm thế nào là một sự cân bằng năng lượng tích cực thu được trong một hệ thống có màng so với việc sử dụng trực tiếp năng lượng thoát nước của một thể tích nước nhất định?

[#3 Gia-cốp]

Một nhà máy điện thẩm thấu kiểm soát sự pha trộn của muối và nước ngọt, do đó trích xuất năng lượng từ entropy ngày càng tăng của chất lỏng. Trộn diễn ra trong một bể, được chia thành hai ngăn bởi một màng bán kết. Nước biển được cung cấp cho một ngăn, và tươi cho người khác. Do nồng độ muối khác nhau trong biển và nước ngọt, các phân tử nước từ khoang tươi, cố gắng làm hết nồng độ muối, đi qua màng vào khoang biển. Kết quả của quá trình này, áp suất vượt quá được tạo ra trong khoang nước biển, lần lượt được sử dụng để xoay điện tạo ra hydroturbine.

[#4]

Tôi muốn thấy một liên kết đến thông tin đáng khích lệ nói rằng 4 kW mỗi m ^ 2. Chà, tôi muốn biết họ sẽ làm sạch màng như thế nào, trong nước biển sẽ làm tắc nghẽn tất cả các loại tạp chất ngay lập tức.