Соленый киловатт

Соленый киловаттВ один-одинешенек красивый 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 главную б мире осмотическую электростанцию Statcraft в Тофте.Соленый киловаттВ один-одинехонек красивый 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 основным 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 имелось осознать, что явление это рождает очень внушительную однонаправленную множество, тот или иной 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 незапятанной 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 употребляется в промышленных масштабах теснее наиболее 40 лет. Только лишь это не классический искренний осмос аббата Нолле, а так-называемый обратный осмос — искусственный процесс проникания растворителя из концентрированного в разбавленный раствор под деяньем давления, превосходящего природное осмотическое давление. Этакая разработка приспосабливается в опреснительных и очищающих конструкциях первоначально 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 взрослые объемы энергии, но забава быть достойным свеч — на планетке живет множество регионов, где недостаток питьевой воды приходит острейшей вопросом.
Теоретические разработки в данной нам области явились еще в начале XX века, но для их реализации не хватало главенствующего — пригодной осмотическом мембраны. Этакая мембрана соответственна водилась выдерживать давление, в 20 разов превышающее давление обыденного 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 нам 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 основное — владеющую высочайшей пропускной способностью при малых масштабах. 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 далее перебрался в Израиль, где на средства ЮНЕСКО продолжил близкие исследования. При участии Лоэба в 1967 году в местечке Йотвата водилась построена опреснительная конструкция мощностью 150 м3 в день, производившая аккуратную 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 разнообразными научными группами и компаниями с начала 1970-х. Принципиальная схема этого процесса водилась тривиальной: поток пресной (речной) воды, проникающий через поры мембраны увеличивает давление Соленый киловаттв резервуаре с морской водой, тем дозволяя раскручивать турбину. Далее обработанная солоноватая вода выбрасывается в море. Тема водилась едва лишь в том, что классические мембраны для PRO имелись очень дороги, своенравны и не обеспечивали нужной мощности потока. С мертвой точки тяжба двинулось в точке 1980-х, иной раз за заключение 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 сильного насоса, сбивавшего мусор с рабочей поверхности мембраны.
Хольт и Торсен, проанализировав свойства большинства многообещающих веществ, приостановили собственный выбор на дешевом измененном целофане. Их публикации в научных журнальчиках завлекли заинтересованность профессионалов из State raft, и норвежских химиков пригласили продолжить занятие под покровиительством
Осмос и космос
Соленый киловаттУченые разработали технологию DOC, сочетающую два разнонаправленных процесса — искренний и обратный осмос. При обратном осмосе мембрана действует как фильтр мелкой чистки и вызывает крупных издержек энергии.
Искренний осмос, навыворот, производит ее. Любой из этих действий по отдельности лишает водные растворы подавляющего численности примесей. В итоге достается так нарекаемая сероватая вода, тот или иной можнож использозать для гигиенических целостнее. Для того чтоб сделать из сероватой воды питьевую, раствор проходит шаг мембранной чистки без доп прогревания и дальше чистку от микробов и вирусов в подсистеме каталитического окисления. Балансовая энергоемкость DOC хватить басиста для употребления 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 далее попадает в мембранную камеру со особым концентрированным субстратом в второй числа. 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 элементарном, а измененном. Его сущность содержится в наличии на ответной стране обыкновенной 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 незапятанной 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 конструкция в Сунндальсьоре для тестирования образчиков мембран и обкатки технологии в целом. Площадь конструктивной поверхности в ней водилась чуток выше 200 м2.
Для ускорения процесса в команду имелись 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 явились главные 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.Соленый киловатт
На станции в Тофте действуют конкретно этакие мембранные модули совместной плсщадью 2000 м2. Для выработки 4 кВт этого полностью хватить, но для настоящей 25-мегаваттной станции потребовалось бы аж 5 млн квадратов. Очевидно, мембраны для осмотических электростанций соответственны 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 явятся плоские 5-ваттные мембраны. Не считая того, норвежцы пристально изучают посторонние разработки в данной нам области и энергично сотрудничают со профессионалами из General Electric, Hydranautics, Dow и японской Toray.
Кстати, мембрана для искреннего осмоса — это не узкая стена, тот или иной живописуют на упрощенных схемах, а высокий рулон, заключенный в цилиндрический корпус. Соединения с корпусом изготовлены эким образом, что во цельных 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 занятия осмотической электростанции. Чем она главным образом, 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 подрастает. Силища у осмоса колоссальная — давление может поднять ватерпас морской еоды на 120 мтр.
Дальше приобретенная разбавленная морская вода устремляется спустя распределитель давления на лопатки турбины и, отдав им всю близкую энергию, выбрасывается в море. Распределитель давления отбирает количество энергии потока, раскручивая насосы, закачивающие морскую воду. Эким образом удается важно повысить эффективность занятия станции. По оценке Рика Стовера, главенствующего технолога компании Energy Recovery, производящей этакие агрегата для опреснительных заводов, КПД передачи энергии в распределителях приближается к 98%. Метко этакие же аппараты при опреснении подсобляют доставлять питьевую воду в жилые жилища.
Как подмечает Скиллхаген, в эталоне осмотические элестростаниии необходимо кооперировать с опреснительными агрегатами — соленость остаточной морской воды в ругательных 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 нам бездонной бочки, но без излишней, по их суждению, механики. И этакая потенциал живет. Пока — в облике экспериментальной конструкции обратного электродиализа RED (Reverse electrodialysis). В ней также применяются морская и пресная вода, разбитые полупроницаемыми границами. Но мембран тут две, и они исполняют роль электродов.
Ведь RED — батарея, трудящаяся благодаря разнице в концентрациях ионов в 2-ух средах. Разница делает слабенькое напряжение на поверхности анодной и катодной мембран. Ежели из их смонтировать фунтик вольтаж получится очень ощутимым. Батарейка размахом со обыкновенный морской контейнер выдает практически 250 кВт. КЕМА с 2006 года эксплуатирует малолетнюю 50-кВт агрегат в Харлингене. На ней тестируются методы чистки мембран биоматериалом. Клиническая чистота — критически главный фактор действенной занятия порядка.
Строй занятия 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 влезание 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 невиннее, чем у поверхности. Но, невзирая на это, мембраны станции вызывают 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 явятся и иные подобные, но наиболее произведенные проекты. И не только лишь 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, этакая осмотическая конструкция фактически бесшумна, не изменяет обыкновенный 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 «Знаменитая механика» 1 2011


Posted in Эконовости by with comments disabled.