Як отримувати електроенергію із солоної води?

Чи замислювалися Ви, яким чином сік надходить вгору по деревах, досягаючи висоти 100м (наприклад, у секвої)? Сокорух у напрямку зони фотосинтезу здійснюється за допомогою фізичного явища – осмосу.

Окрім перенесення поживних речовин у стовбурах дерев, осмос грає важливу роль у багатьох біологічних процесах. Це і мембрана, що оточує нормальну клітину крові. Це і мембрани у клітинах рослин. Це і концентрація солі та інших речовин у воді. Перекладаючи це в область фізики, виходить наступне: якщо два розчини різної концентрації помістити в посудину з напівпроникною мембраною, то згодом там з’явиться різниця рівнів.

Осмос – це процес, при якому вода або інші розчинники проходять через напівпроникну мембрану, а вона, в свою чергу, затримує рух розчинених в рідині речовин.

Наприклад, якщо в посудину з перегородкою помістити прісну та морську воду, то через різну концентрацію солі виникне осмотичний тиск, внаслідок якого підніметься рівень морської води. Молекули морської води перемістяться із зони високої концентрації в зону, де менше молекул води.

Перепад рівнів води застосовується у гідроелектростанціях.

Щодо придатності ефекту осмосу в промисловому застосуванні, отримані наступні розрахунки: при солоності морської води 35 г/літр за рахунок явища осмосу створюється перепад тиску 2389464 Паскаля або близько 24 атмосфер, що еквівалентно греблі висотою 240 м. Енергія виробляється завдяки об’єму води. Необхідно, щоб осмотична мембрана витримувала тиск, що у 20 разів перевищує тиск у водопровідній трубі. Активному застосуванню осмосу у промисловості заважало те, що одночасно осмотична мембрана повинна була витримувати великий тиск та мати таку пористість, щоб не пропускати молекули солей.

Вирішуючи це завдання, було винайдено мембрану Лоеба, яка витримувала величезний тиск, одночасно затримуючи частинки розміром 5 мікрон. Застосувати таку мембрану довго не вдавалося, оскільки вона коштувала нечувані гроші, була дуже примхлива і мала низьку проникність.

Прорив настав наприкінці 80-х років минулого століття

Прорив для використання мембран настав наприкінці 80-х років минулого століття одночасно з винаходом модифікованої поліетиленової плівки на керамічній основі. Ця вдосконалена структура поліетилену дозволила створити спіральні мембрани та застосовувати їх під час виробництва осмотичної енергії. Перша осмотична електростанція була побудована в 2009 році. Саме вона продемонструвала потенціал вироблення цього виду енергії. Незважаючи на те, що вона виробляла всього 4 кВт потужності, яких вистачає всього для 2-х електрочайників. Якщо протягом найближчих років вдасться вирішити проблему, пов’язану з характеристиками мембран, то нове джерело альтернативної енергії займе чільне місце в екологічно чистих енергоносіях.

Світовий резерв енергії осмосу величезний – щорічне скидання прісних річкових вод становить понад 3700 кубічних кілометрів. Якщо вдасться використати хоча б 10% цього обсягу, то можна виробляти понад 1,5 ТВт/год електричної енергії. Це відповідає приблизно 50% європейського споживання.