Соленый киловатт
В один-одинехонек великолепный на днях 1747 года французский аббат Нолле слил недопитый намедни бордо б свиной мочевой пузырь, доставленный с кухни, и погрузил его в бочонок с водой. Сквозь 262 года, 24 ноября 2009-го, норвежская кронпринцесса Метте-Марит пригубила бокал с шампанским. Как соединены эти два действия? И Нолле и принцесса сделали выдающиеся открытия. Аббат основным в мире смог обрисовать парадокс осмоса и базисные характеристики мембраны, а Метте-Марит, разрезав символическую ленточку, обнаружила главную б мире осмотическую электростанцию Statcraft в Тофте.В один-одинехонек великолепный задевай 1747 года французский аббат Нолле слил недопитый намедни бордо б свиной мочевой пузырь, доставленный с кухни, и погрузил его в бочонок с водой. Спустя 262 года, 24 ноября 2009-го, норвежская кронпринцесса Метте-Марит пригубила бокал с шампанским. Как соединены эти два действия? И Нолле и принцесса сделали выдающиеся открытия. Аббат главным в мире смог обрисовать парадокс осмоса и базисные характеристики мембраны, а Метте-Марит, разрезав символическую ленточку, раскрыла основную б мире осмотическую электростанцию Statcraft в Тофте.
О том, что по сути заполнил вошедший в историю свиной пузырь аббат, а по совместительству большой физик-экспериментатор Жан Антуан Нолле можнож дискутировать. Но наличие воды в обоих сосудах (пузыре и бочке) безоговорочно. Разница состоит едва лишь в концентрации растворенного в ней спирта. Эта самая разница отдала толчок диффузии воды спустя полупроницаемую мембрану из бочонка в пузырь. По тому, как раздулся пузырь, можнож водилось осознать, что явление это рождает очень внушительную однонаправленную массу, тот или другой Нолле именовал осмотическим давлением.
А осмос он определил как процесс диффузии растворителя из наименее концентрированного раствора в наиболее концентрированный.
В наши дни норвежская компания Statcraft, фаворит евро базара экологически девственной энергетики, отыскала метод перевоплотить это давление в электричество. Новенькая разработка — единственная, способная извлекать джоули из природной различия содержания минеральных солей в пресной и морской воде, а не из кинетической энергии и движения. По оценкам норвежцев, мировые ресурсы восстанавливаемой осмотической энергии сочиняют от 1,6 до 1,7 тераватт — примеэно столько-же в 2004 году потребовалось миллиардному Китаю! В отличие от своенравного ветра, прибоя и солнца, процессы осмоса не останавливаются ни ча секунду 24 часа в день совершенный год.
Испить море
Вообщем-то явление осмоса применяется в промышленных масштабах теснее наиболее 40 лет. Лишь это не классический искренний осмос аббата Нолле, а так-называемый обратный осмос — искусственный процесс проникания растворителя из концентрированного в разбавленный раствор под деянием давления, превосходящего природное осмотическое давление. Экая разработка приспосабливается в опреснительных и очищающих конструкциях вначале 1970-х. Соленая морская вода нагнетается на специальную мембрану и, проходя спустя ее поры, лишается полноценной части минеральных солей, а заодно микробов и даже вирусов. Для прокачивания соленой либо загрязненной воды приходится затрачивать великие объемы энергии, но забава быть достойным свеч — на планетке есть множество регионов, где недостаток питьевой воды прибывает острейшей неувязкой.
Теоретические разработки в данной области возникли еще в начале XX века, но для их реализации не хватало главенствующего — пригодной осмотическом мембраны. Экая мембрана обязана водилась выдерживать давление, в 20 разов превышающее давление нормального бытового водопровода, и обладать очень высшую пористость. Творенье веществ с схожими качествами стало вероятным потом 2-ой мировой, иной раз скопленный в ходе военных проектов научный потенциал отдал толчок развитию технологий производства синтетических полимеров.
Более веский прорыв в данной области произошел в 1959 году. Сидней Лоэб и Шриниваса Суранджан из Калифорнийского института в Лос-Анджелесе разработали спиральную анизотропную мембрану, способную выдерживать колоссальное давление, результативно удерживать минеральные соли и мех-ские части размахом до 5 мкм и генеральное — владеющую высочайшей пропускной способностью при малых размахах. Изобретение Лоэба и Суранджана сделало осмотическое опреснение экономически выгодным делом, в начале 1960-х в калифорнийской Коалинге Лоэб выстроил основную в мире опреснительную станцию на эффекте PRO (Pressure retarded osmosis), а потом перебрался в Израиль, где на средства ЮНЕСКО продолжил родные исследования. При участии Лоэба в 1967 году в местечке Йотвата водилась построена опреснительная агрегат мощностью 150 м3 в день, производившая девственную питьевую воду из подземного озера с соленостью, десятикратно превышавшей морскую. Еще спустя три года разработка PRO водилась защищена южноамериканским патентом.
Опыты по превращению осмотического давления в электрическую энергию с внедрением мембран Лоэба-Суранджана проводились разными научными группами и компаниями с начала 1970-х. Принципиальная схема этого процесса водилась тривиальной: поток пресной (речной) воды, проникающий через поры мембраны увеличивает давление 
в резервуаре с морской водой, тем дозволяя раскручивать турбину. Потом обработанная солоноватая вода выбрасывается в море. Неувязка водилась едва лишь в том, что классические мембраны для PRO водились очень дороги, своенравны и не обеспечивали нужной мощности потока. С мертвой точки тяжба двинулось в точке 1980-х, иной раз за вывод задачки взялись норвежские химики Торлейф Хольт и Тор Торсен из института SINTEF.
Космический размах
Мембраны Лоэба призывали медицинской чистоты для поддержания наибольшей производительности. Установка мембранного модуля опреснительной станции предугадывала неизбежное наличие первичного фильтра грубой чистки и массивного насоса, сбивавшего мусор с рабочей поверхности мембраны.
Хольт и Торсен, проанализировав свойства большинства многообещающих веществ, приостановили личный выбор на дешевом измененном целофане. Их публикации в научных журнальчиках завлекли интерес профессионалов из State raft, и норвежских химиков пригласили продолжить службу под покровиительством
Осмос и космос
Ученые разработали технологию DOC, сочетающую два разнонаправленных процесса — искренний и обратный осмос. При обратном осмосе мембрана функционирует как фильтр мелкой чистки и вызывает большущих издержек энергии.
Искренний осмос, напротив, производит ее. Любой из этих действий по отдельности лишает водные растворы подавляющего численности примесей. В итоге раздобывается так нарекаемая сероватая вода, тот или другой можнож использозать для гигиенических цельнее. Для того чтоб сделать из сероватой воды питьевую, раствор проходит шаг мембранной чистки без доп прогревания и ниже чистку от микробов и вирусов в подсистеме каталитического окисления. Балансовая энергоемкость DOC довольно мала для использования в космосе.
Уникальный метод чистки воды для космических станций представила южноамериканская компания Osmotek. Для сбора товаров жизнедеятельности она дает употреблять мембранные фунтики наподобие чайных с держащимся в их активированным углем. Мембрана пропускает наружу едва лишь воду с незначимым численностью загрязнений. Этот первичный раствор потом попадает в мембранную камеру со особым концентрированным субстратом в второй доли. Возникающее явление искреннего осмоса заканчивает процесс.
Компания Oasys обецает понизить расход энергии осмотических опреснительных агрегатов ни мало ни много в 10 разов. Правда, в предоставленном случае идет речь не о обратном, а о открытом осмосе. И не азбучном, а измененном. Его сущность включается в наличии на ответной стране нормальной PRO-мембраны запатентованного вытягивающего раствора с высочайшим содержанием аммиака, двуокиси углерода и вторых химикатов. При контакте 2-ух растворов возникает явление осмоса и происходит очищение начального сырья от примесей. Изюминка методики Оаsys в том, что поток девственной пресной воды не смешивается с вытягивающим веществом.
энергетической компании. В 2001 году мембранная программа Statcraft погучила муниципальный грант. На заработанные средства водилась построена экспериментальная осмотическая агрегат в Сунндальсьоре для тестирования образчиков мембран и обкатки технологии в целом. Площадь функциональной поверхности в ней водилась чуток выше 200 м2.
Для ускорения процесса в команду водились приглашены инженеры из спец мембранной лаборатории NASA. Тяжба в том, что еще со пор подготовки к лунной програмке Apollo при Центре NASA им. Эймса проводились глубочайшие исследования технологий опреснения и чистки аква растворов. Опыт американцев случился как нельзя кстати, и к 2008 году у Statcraft возникли основные эталоны спиральных полимидных мебран для имеющихся осмотических электростанций. Их производительность составила 1 Вт на 1 м2 при диффузии 10 литр. пресной воды в секунду под давлением 10 бар.
На станции в Тофте функционируют конкретно этакие мембранные модули корпоративной плсщадью 2000 м2. Для выработки 4 кВт этого полностью довольно, но для настоящей 25-мегаваттной станции потребовалось бы аж 5 млн квадратов. Очевидно, мембраны для осмотических электростанций обязаны иметься еще эффективнее сегодняшних. Стайн Эрик Скиллхаген, вице президент Statcraft, курирующий програмку, утверждает, что на данный момент компания тестирует спиральнье эталоны из полых волокон производительностью 3 Вт/м2, а к 2015 году возьмут плоские 5-ваттные мембраны. Не считая того, норвежцы пристально изучают посторонние разработки в данной области и деятельно сотрудничают со профессионалами из General Electric, Hydranautics, Dow и японской Toray.
Кстати, мембрана для искреннего осмоса — это не мелкая стена, тот или другой живописуют на упрощенных схемах, а длиннющий рулон, заключенный в цилиндрический корпус. Соединения с корпусом изготовлены таковым образом, что во целых оболочках рулона с одной сторонки мембраны постоянно находится пресная вода, а с второй — морская.
Энергия глубин
Разница меж соленостью (по-научному — градиент солености) пресной и морской воды — базисный принцип службы осмотической электростанции. Чем она преимущественно, тем выше размер и скорость потока на мембране, а следовательно, и численность энергии, вырабатываемой гидротурбиной. В Тофте пресная вода самотеком поступает на мембрану, в итоге осмоса давление морской воды на той стороне резко растет. Силища у осмоса колоссальная — давление может поднять степень морской еоды на 120 мтр.
Ниже приобретенная разбавленная морская вода устремляется спустя распределитель давления на лопатки турбины и, отдав им всю свойскую энергию, выбрасывается в море. Распределитель давления отбирает количество энергии потока, раскручивая насосы, закачивающие морскую воду. Таковым образом удается важно повысить эффективность службы станции. По оценке Рика Стовера, главенствующего технолога компании Energy Recovery, производящей этакие установки для опреснительных заводов, КПД передачи энергии в распределителях приближается к 98%. Метко этакие же аппараты при опреснении подсобляют доставлять питьевую воду в жилые жилья.
Как примечает Скиллхаген, в эталоне осмотические элестростаниии необходимо кооперировать с опреснительными конструкциями — соленость остаточной морской воды в заключительных в 10 разов выше природного степени. В эком тандеме эффективность выработки энергии вырастет более чем в два раза.
ГОЛЛАНДСКАЯ БАТАРЕЙКА
В Голландии каждую секунду в соленое море низвергается 3300 м3 речной воды, ее суммарный энергетический потенциал — 4,5 х 109 Вт. Исследователи из КЕМА также хотят выловить желая бы количество энергии из данной бездонной бочки, но без излишней, по их воззрению, механики. И экая потенциал есть. Пока — в облике экспериментальной агрегата обратного электродиализа RED (Reverse electrodialysis). В ней также употребляются морская и пресная вода, разбитые полупроницаемыми границами. Но мембран тут две, и они исполняют роль электродов.
Ведь RED — батарея, функционирующая благодаря разнице в концентрациях ионов в 2-ух средах. Разница восоздает слабенькое напряжение на поверхности анодной и катодной мембран. Ежели из их смонтировать кулек вольтаж получится очень ощутимым. Батарейка размахом со нормальный морской контейнер выдает практически 250 кВт. КЕМА с 2006 года эксплуатирует махонькую 50-кВт конструкцию в Харлингене. На ней тестируются методы чистки мембран биоматериалом. Клиническая чистота — критически принципиальный фактор действенной службы налаженности.
Строй службы в Тофте начались в осеннюю пору 2008 года. На местности завода по производству целлюлозы компании Sodra Cell был арендован пустующий склад. На главном этаже устроили каскад сетчатых и кварцевых фильтров для чистки речной и морской воды, а на втором — машинный зал. В декабре такого же года был осуществлен взлет и установка мембранных модулей и распределителя давления. В феврале 2009-го группа водолазов проложила по дну залива два параллельных трубопровода — для пресной и морской воды.
Забор морской воды исполняется в Тофте с глубин от 35 до 50 мтр — в этом покрове ее соленось оптимальна. Не считая того, там она важно аккуратнее, чем у поверхности. Но, невзирая на это, мембраны станции призывают постоянной очистки от забивающих микропоры органических остатков.
С апреля 2009 года электростанция эксплуатировалась в пробном режиме, а в ноябре, с беглой руки принцессы Метте-Марит, водилась запущена на всю катушку. Скиллхаген убеждает, что прямо за Тофте у Statcraft возьмут и остальные подобные, но наиболее свершенные проекты. И не совсем только в Норвегии. По его словам, подземный комплекс размахом с футбольное поле способен бесперебойно снабжать электричеством целый город с 15 000 личных жилья. При этом, в отличие от ветряков, экая осмотическая агрегат фактически бесшумна, не изменяет обычный ландшафт и не влияет на здоровье жителя нашей планеты. А о пополнении запасов соленой и пресной воды в ней позаботится сама природа.
Текст: Владимир Санников
Источник: журнальчик «Модная механика» 1 2011
Posted in Эконовости by admin with comments disabled.