Planta de energía osmótica: energía pura de agua salada

Es necesario advertir de inmediato: no hay error en el título, no habrá historia sobre la energía cósmica en consonancia con el nombre. Lo dejaremos a los esoteristas y escritores de ciencia ficción. Y hablaremos sobre el fenómeno habitual con el que convivimos a lo largo de la vida.

¿Cuántas personas saben debido a qué procesos los jugos en los árboles se elevan a una altura considerable? Para la secoya, es más de 100 metros. Este transporte de jugos a la zona de fotosíntesis ocurre debido al trabajo del efecto físico: osmosis. Consiste en un fenómeno simple: en dos soluciones de diferentes concentraciones, colocadas en un recipiente con una membrana semipermeable (permeable solo para moléculas de disolvente), aparece una diferencia de nivel después de un tiempo. En la traducción literal del idioma griego la ósmosis es un empuje, presión.

Y ahora desde la vida silvestre volveremos a la tecnología. Si el mar y el agua dulce se colocan en un recipiente con un tabique, entonces debido a las diferentes concentraciones de sales disueltas aparece presión osmótica y el nivel del mar sube. Las moléculas de agua se mueven de una zona de alta concentración a una zona de solución, donde hay más impurezas y menos moléculas de agua.

La diferencia en los niveles de agua se utiliza aún más de la manera habitual: este es el trabajo familiar de las centrales hidroeléctricas. La unica pregunta es ¿Qué tan adecuado es el efecto de ósmosis para uso industrial? Los cálculos muestran que cuando la salinidad del agua de mar es de 35 g / litro, se crea una caída de presión de 2.389.464 pascales o alrededor de 24 atmósferas debido al fenómeno de la ósmosis. En la práctica, esto es equivalente a una presa con una altura de 240 metros.

Pero además de la presión, la selectividad de las membranas y su permeabilidad también son una característica muy importante. Después de todo, las turbinas no generan energía a partir de una presión diferencial, sino debido al flujo de agua. Aquí, hasta hace poco, había dificultades muy serias. Una membrana osmótica adecuada debe soportar una presión que es 20 veces la presión en el suministro de agua habitual. Al mismo tiempo, tienen alta porosidad, pero retienen moléculas de sal. La combinación de requisitos en conflicto durante mucho tiempo no permitió el uso de ósmosis para fines industriales.

Al resolver los problemas de desalinización, se inventó el agua. Membrana de Loebque soportó una presión tremenda y retuvo sales minerales y partículas de hasta 5 micras. Durante mucho tiempo, no fue posible aplicar membranas Loeb para ósmosis directa (generación de energía), porque eran extremadamente caros, caprichosos en operación y tenían baja permeabilidad.

Un avance en el uso de membranas osmóticas se produjo a fines de los años 80, cuando los científicos noruegos Holt y Thorsen sugirieron usar película plástica modificada a base de cerámica. Mejorar la estructura del polietileno barato nos permitió crear el diseño de membranas espirales adecuadas para uso en la producción de energía osmótica. Para probar la tecnología para generar energía a partir del efecto de ósmosis, en 2009, el primer experimento del mundo central eléctrica osmótica.

Tras recibir una subvención estatal y gastar más de $ 20 millones, la compañía energética noruega Statkraft se ha convertido en pionera en un nuevo tipo de energía. La planta de energía osmótica construida produce alrededor de 4 kW de potencia, que es suficiente para funcionar ... dos hervidores eléctricos. Pero los objetivos de construir la estación son mucho más serios: después de todo, probar la tecnología y probar en condiciones reales los materiales para las membranas abren el camino a la creación de estructuras mucho más potentes.

El atractivo comercial de las estaciones comienza con una eficiencia de eliminación de energía de más de 5 vatios por metro cuadrado de membranas.En la estación noruega en Toft, este valor apenas supera 1 W / m2. Pero hoy en día se están probando membranas con una eficiencia de 2.4 W / m2, y para 2015 se espera un valor rentable de 5 W / m2.

Central eléctrica osmótica en Toft

Pero hay información alentadora de un centro de investigación en Francia. Trabajando con materiales basados ​​en nanotubos de carbono, los científicos obtuvieron en las muestras la eficiencia de la extracción de energía de ósmosis de aproximadamente 4000 W / m2. Y esto no solo es rentable, sino que supera la eficiencia de casi todas las fuentes de energía tradicionales.

Las perspectivas aún más impresionantes prometen aplicación películas de grafeno. Una membrana con un espesor de una capa atómica se vuelve completamente permeable a las moléculas de agua, mientras retiene cualquier otra impureza. La eficiencia de dicho material puede superar los 10 kW / m2. Las principales empresas de Japón y América se unieron a la carrera para crear membranas de alto rendimiento.

Si en la próxima década será posible resolver el problema de las membranas para estaciones osmóticas, entonces una nueva fuente de energía ocupará un lugar destacado para proporcionar a la humanidad fuentes de energía amigables con el medio ambiente. A diferencia de la energía eólica y solar, las plantas de ósmosis directa pueden funcionar durante todo el día y no se ven afectadas por las condiciones climáticas.

La reserva mundial de energía de ósmosis es enorme: la descarga anual de agua dulce de río es de más de 3.700 kilómetros cúbicos. Si solo se puede usar el 10% de este volumen, se pueden generar más de 1.5TW / h de energía eléctrica, es decir, alrededor del 50% del consumo europeo.

Pero no solo esta fuente puede ayudar a resolver el problema energético. Con membranas altamente eficientes, se puede utilizar la energía de las profundidades del océano. El hecho es que la salinidad del agua depende de la temperatura, y es diferente a diferentes profundidades.

Usando gradientes de temperatura de salinidad, no se puede unir a las desembocaduras de los ríos en la construcción de estaciones, sino simplemente colocarlos en los océanos. Pero esta es la tarea del futuro lejano. Aunque la práctica muestra que hacer predicciones en tecnología es una tarea ingrata. Y mañana el futuro puede tocar nuestra realidad.

Comments

[#1]

¿Y puede explicar con más detalle la mecánica del proceso? Y luego, como esa abuela, que habló en detalle sobre el principio de funcionamiento de una máquina de vapor en una locomotora de vapor, y luego dijo: "Todo está claro, hijo, ¿entiendes? ¿Solo me dices dónde está enganchado el caballo?" Supongamos que una planta de tratamiento descarga aguas residuales después del tratamiento en el mar, es decir Tenemos dos fuentes de agua de diferente salinidad, además, el agua de mar está presente como estática y el agua dulce se descarga constantemente. ¿Y qué? Digamos que organizaron otro depósito con una membrana en el medio, en una mitad, agua dulce, en la otra, algo salado, salado ... ¿Y qué? ¿Realmente veremos que el nivel del agua aumenta a la mitad con el agua salada? Parece claro que la diferencia en los niveles ya se puede utilizar. Pero de todos modos, comenta.

[#2]

Idea interesante ...
Sin embargo, la pregunta es: ¿por qué cercar un jardín de membranas para elevar el agua salada en la desembocadura del río? Es dudoso que la energía potencial del volumen de agua salada elevada por ósmosis exceda significativamente la energía del flujo del río en la desembocadura ...
¿Por qué es más rentable crear un delta con ósmosis, cuando ya está disponible? El agua dulce fluye hacia el mar desde un río. ..... La tecnología de ósmosis ofrece bloquear el agua dulce con una membrana a través de la cual esta misma agua penetrará en agua salada ... bueno, y se elevará hasta cierto nivel ...¿Cómo se obtiene un balance energético positivo en un sistema con membrana en comparación con el uso directo de la energía de drenaje de un volumen de agua dado?

[#3 Jacob]

Una central eléctrica osmótica controla la mezcla de sal y agua dulce, extrayendo así la energía de la entropía creciente de los líquidos. La mezcla tiene lugar en un tanque, que está dividido en dos compartimentos por una membrana semipermeable. Se suministra agua de mar a un compartimento y fresca a otro. Debido a la diferente concentración de sales en el mar y el agua dulce, las moléculas de agua del compartimento fresco, tratando de igualar la concentración de sal, pasan a través de la membrana al compartimento marino. Como resultado de este proceso, se genera un exceso de presión en el compartimiento de agua de mar, que a su vez se usa para rotar la hidroturbina que genera electricidad.

[#4]

Me gustaría ver un enlace a información alentadora que dice 4 kW por m ^ 2. Bueno, me gustaría saber cómo van a limpiar las membranas, que en el agua de mar se obstruirán con todo tipo de impurezas al instante.