अक्षय ऊर्जा के बारे में सोचते समय, हवा, सौर, ज्वार और ज्वार की ऊर्जा तुरंत दिमाग में आती है, और जो उपकरण उन्हें परिवर्तित करते हैं वे हैं पवन ऊर्जा संयंत्र, सौर फोटोवोल्टिक कन्वर्टर्स, हाइड्रो टर्बाइन जो आज पहले से ही परिचित हैं। यह सब पहले से ही पूरी दुनिया में बड़े पैमाने पर इस्तेमाल किया जा रहा है। लेकिन अक्षय ऊर्जा स्रोतों की सूची यहीं खत्म नहीं होती है। एक और प्रकार का ऊर्जा उत्पादन है जो अभी तक व्यापक नहीं हुआ है, लेकिन यह भविष्य की बात है - यह आसमाटिक ऊर्जा है।

हाल ही में यह दुनिया के पहले बिजली संयंत्र के नॉर्वे में लॉन्च के बारे में ज्ञात हुआ, जो आपको ताजे पानी और खारे पानी में नमक की सांद्रता के अंतर से ऊर्जा निकालने की अनुमति देता है। ऑस्मोसिस की घटना के परिणामस्वरूप बिजली का उत्पादन किया जाता है। यह स्टेशन नॉर्वे की राजधानी ओस्लो के पास ओस्लो फोजर्ड के तट पर स्थित है। निर्माण निवेशक नॉर्वेजियन ऊर्जा कंपनी स्टेटक्राफ्ट था, जो स्कैंडिनेवियाई क्षेत्र में ऊर्जा संसाधनों का तीसरा सबसे बड़ा उत्पादक है, साथ ही यूरोप में अक्षय ऊर्जा स्रोतों पर आधारित ऊर्जा का सबसे बड़ा उत्पादक है। यह खबर इस लेख को लिखने का कारण थी।

तो आसमाटिक ऊर्जा क्या है?

ऑस्मोटिक ऊर्जा परासरण के परिणामस्वरूप प्राप्त ऊर्जा है, या, जैसा कि आप कह सकते हैं, एक विलायक के कम केंद्रित समाधान से अधिक केंद्रित समाधान में प्रसार की प्रक्रिया के परिणामस्वरूप।

विकिपीडिया.ऑर्ग के अनुसार, परासरण की घटना उन वातावरणों में देखी जाती है जहाँ विलायक की गतिशीलता विलेय की गतिशीलता से अधिक होती है। परासरण का एक महत्वपूर्ण विशेष मामला अर्धपारगम्य झिल्ली के माध्यम से परासरण है। अर्ध-पारगम्य झिल्लियों को कहा जाता है, जिनमें सभी के लिए पर्याप्त रूप से उच्च पारगम्यता होती है, लेकिन केवल कुछ पदार्थों के लिए, विशेष रूप से, विलायक के लिए।

ऑस्मोसिस जैविक प्रक्रियाओं में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। उसके लिए धन्यवाद, पोषक तत्व कोशिका में प्रवेश करते हैं, और इसके विपरीत - अनावश्यक हटा दिए जाते हैं। परासरण द्वारा पौधे की पत्तियाँ नमी को अवशोषित करती हैं।

आसमाटिक ऊर्जा एक अक्षय स्रोत को संदर्भित करती है, जो सौर या पवन ऊर्जा के विपरीत, मौसम की परवाह किए बिना ऊर्जा की एक अनुमानित और टिकाऊ मात्रा का उत्पादन करती है। और यह इस तकनीक के मुख्य लाभों में से एक है।

ऑस्मोसिस का उपयोग पहले ऊर्जा उत्पादन के लिए क्यों नहीं किया जाता था, लेकिन अब केवल क्यों किया जाता है?

मुख्य कठिनाई उपयोग की गई झिल्लियों की दक्षता और लागत में निहित है। यही रुकावट है। टंकियों से खारे पानी से भरे जनरेटर में बिजली का उत्पादन किया जाता है जहां ताजा और खारा पानी मिलाया जाता है। जितनी तेजी से मिश्रण की प्रक्रिया होगी, उतनी ही तेजी से टर्बाइनों को पानी की आपूर्ति की जाएगी, उतनी ही अधिक ऊर्जा प्राप्त की जा सकती है।

पिछली शताब्दी के 70 के दशक में ऑस्मोसिस का उपयोग करके ऊर्जा उत्पन्न करने का विचार सामने आया। लेकिन तब झिल्ली अभी भी उतनी प्रभावी नहीं थीं, जितनी आज हैं।

नॉर्वे में आसमाटिक पावर प्लांट

निर्मित प्रायोगिक बिजली संयंत्र ताजे और खारे पानी में नमक की सांद्रता के अंतर का उपयोग करता है। समुद्र और नदी के पानी को एक झिल्ली द्वारा अलग किए गए कक्ष में भेजा जाता है। परासरण की घटना के कारण, अणु कक्ष के उस क्षेत्र में चले जाते हैं जहां घुलित पदार्थों की सांद्रता, इस मामले में नमक, अधिक होता है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप खारे पानी के डिब्बे में मात्रा में वृद्धि होती है। नतीजतन, बढ़ा हुआ दबाव बनता है, जो 120 मीटर ऊंचे पानी के स्तंभ के प्रभाव के बराबर दबाव बनाता है। यह दबाव जनरेटर को घुमाने वाली टरबाइन को भेजा जाता है।

निर्मित बिजली संयंत्र 2-3 W/m2 की दक्षता के साथ एक झिल्ली का उपयोग करता है। इसलिए, मुख्य कार्य अधिक कुशल झिल्लियों को खोजना है। शोधकर्ताओं के अनुसार, आसमाटिक ऊर्जा के उपयोग को लाभकारी बनाने के लिए, 5 वाट / एम 2 से अधिक की झिल्ली दक्षता प्राप्त करना आवश्यक है।

अब स्टेशन ज्यादा ऊर्जा उत्पन्न नहीं करता - 4 kW। भविष्य में, क्षमता को लगातार बढ़ाने की योजना है। Ststkraft की योजना 2015 तक स्टेशन को आत्मनिर्भर स्तर पर लाने की है।

नुकसान में यह तथ्य शामिल है कि हर जगह ऐसा बिजली संयंत्र बनाना संभव नहीं है। आखिरकार, इसके लिए एक साथ पानी के दो स्रोतों की आवश्यकता होती है - ताजा और नमकीन। इसलिए, महाद्वीप की गहराई में निर्माण असंभव है, लेकिन केवल खारे पानी के स्रोत के पास के तटों पर। भविष्य में, यह झिल्ली बनाने की योजना है जो केवल समुद्र के पानी की नमक एकाग्रता में अंतर का उपयोग करती है।

एक और नुकसान स्टेशन की दक्षता है, जो मुख्य रूप से उपयोग की जाने वाली झिल्लियों की दक्षता से संबंधित है।

स्टेशन का कार्य मुख्य रूप से भविष्य में वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए प्रौद्योगिकियों का अनुसंधान और विकास करना है। यह निश्चित रूप से एक कदम आगे है। आखिरकार, स्टेटक्राफ्ट के अनुसार, आसमाटिक ऊर्जा की विश्व क्षमता सालाना 1600-1700 TWh ऊर्जा का अनुमान है, जो यूरोपीय संघ में कुल ऊर्जा उत्पादन के 50 प्रतिशत के बराबर है।

अब तक, दुनिया में एक आसमाटिक पावर प्लांट का केवल एक ऑपरेटिंग प्रोटोटाइप है। लेकिन भविष्य में उनमें से सैकड़ों होंगे।

आसमाटिक पावर प्लांट के संचालन का सिद्धांत

पावर प्लांट का संचालन आसमाटिक प्रभाव पर आधारित होता है - विशेष रूप से डिज़ाइन की गई झिल्लियों की संपत्ति केवल कुछ कणों को गुजरने देती है। उदाहरण के लिए, हम दो कंटेनरों के बीच एक झिल्ली स्थापित करेंगे और उनमें से एक में आसुत जल और दूसरे में खारा घोल डालेंगे। पानी के अणु स्वतंत्र रूप से झिल्ली से गुजरेंगे, लेकिन नमक के कण नहीं होंगे। और चूंकि ऐसी स्थिति में तरल पदार्थ संतुलन में आ जाएंगे, जल्द ही ताजा पानी गुरुत्वाकर्षण द्वारा दोनों कंटेनरों में फैल जाएगा।

यदि विलयनों की संरचना में अंतर बहुत बड़ा कर दिया जाता है, तो झिल्ली के माध्यम से तरल प्रवाह काफी मजबूत होगा। इसके रास्ते में हाइड्रो टर्बाइन लगाकर बिजली पैदा करना संभव है। यह ऑस्मोटिक पावर प्लांट का सबसे सरल डिज़ाइन है। फिलहाल, इसके लिए इष्टतम कच्चा माल खारा समुद्री पानी और ताजा नदी का पानी है - नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत।

इस प्रकार का एक प्रायोगिक बिजली संयंत्र 2009 में नॉर्वे के ओस्लो शहर के पास बनाया गया था। इसका प्रदर्शन कम है - 1 वर्गमीटर से 4 kW या 1 W। झिल्ली। निकट भविष्य में, इस सूचक को बढ़ाकर 5 डब्ल्यू प्रति 1 वर्ग मीटर कर दिया जाएगा। 2015 तक, नॉर्वेजियन लगभग 25 मेगावाट की क्षमता वाला एक वाणिज्यिक ऑस्मोसिस पावर प्लांट बनाने का इरादा रखते हैं।

इस ऊर्जा स्रोत के उपयोग की संभावनाएं

अन्य प्रकार के बिजली संयंत्रों पर IPS का मुख्य लाभ अत्यंत सस्ते कच्चे माल का उपयोग है। वास्तव में, यह मुफ़्त है, क्योंकि ग्रह की सतह का 92-93% खारे पानी से ढका हुआ है, और एक अन्य स्थापना में उसी आसमाटिक दबाव विधि का उपयोग करके ताजा पानी प्राप्त करना आसान है। समुद्र में बहने वाली नदी के मुहाने पर बिजली संयंत्र स्थापित करके कच्चे माल की आपूर्ति की सभी समस्याओं को एक झटके में हल किया जा सकता है। IPS के संचालन के लिए जलवायु परिस्थितियाँ महत्वपूर्ण नहीं हैं - जब तक पानी बहता है, स्थापना कार्य करती है।

इसी समय, कोई विषाक्त पदार्थ नहीं बनता है - आउटलेट पर वही खारा पानी बनता है। ईसीओ बिल्कुल पर्यावरण के अनुकूल है, इसे आवासीय क्षेत्रों के करीब स्थापित किया जा सकता है। बिजली संयंत्र वन्यजीवों को नुकसान नहीं पहुंचाता है, और इसके निर्माण के लिए नदियों को बांधों से अवरुद्ध करने की आवश्यकता नहीं है, जैसा कि जलविद्युत संयंत्रों के मामले में है। और बिजली संयंत्र की कम दक्षता की भरपाई ऐसे प्रतिष्ठानों की सामूहिक प्रकृति से आसानी से हो जाती है।

परासरण की घटना का उपयोग औद्योगिक पैमाने पर 40 से अधिक वर्षों से किया जा रहा है। केवल यह अब्बे नोल का क्लासिक प्रत्यक्ष परासरण नहीं है, बल्कि तथाकथित रिवर्स ऑस्मोसिस है - प्राकृतिक आसमाटिक दबाव से अधिक दबाव के प्रभाव में एक केंद्रित से एक पतला समाधान में विलायक के प्रवेश की एक कृत्रिम प्रक्रिया। 1970 के दशक की शुरुआत से इस तकनीक का उपयोग विलवणीकरण और शुद्धिकरण संयंत्रों में किया जाता रहा है। नमकीन समुद्री पानी को एक विशेष झिल्ली पर इंजेक्ट किया जाता है और, इसके छिद्रों से गुजरते हुए, खनिज लवणों के एक महत्वपूर्ण अनुपात से वंचित होता है, और साथ ही बैक्टीरिया और यहां तक ​​​​कि वायरस भी। नमकीन या प्रदूषित पानी को पंप करने में बहुत अधिक ऊर्जा लगती है, लेकिन खेल मोमबत्ती के लायक है - ग्रह पर ऐसे कई क्षेत्र हैं जहां पीने के पानी की कमी एक गंभीर समस्या है।

यह विश्वास करना कठिन है कि अकेले दो समाधानों की सांद्रता में अंतर एक गंभीर बल पैदा कर सकता है, लेकिन यह सच है: आसमाटिक दबाव समुद्र के पानी के स्तर को 120 मीटर तक बढ़ा सकता है।

आसमाटिक दबाव को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के प्रयोग विभिन्न वैज्ञानिक समूहों और कंपनियों द्वारा 1970 के दशक की शुरुआत से किए गए हैं। इस प्रक्रिया की सिद्धांत योजना स्पष्ट थी: ताजा (नदी) पानी का प्रवाह, झिल्ली के छिद्रों से होकर, समुद्र के पानी की टंकी में दबाव बढ़ाता है, जिससे टरबाइन को घूमने की अनुमति मिलती है। फिर अपशिष्ट खारे पानी को समुद्र में फेंक दिया जाता है। एकमात्र समस्या यह थी कि PRO (प्रेशर रिटार्डेड ऑस्मोसिस) के लिए क्लासिक मेम्ब्रेन बहुत महंगे, मकर थे और आवश्यक प्रवाह शक्ति प्रदान नहीं करते थे। 1980 के दशक के उत्तरार्ध में चीजें जमीन पर आ गईं, जब नॉर्वेजियन केमिस्ट थोरलीफ होल्ट और SINTEF संस्थान के थोर थोरसन ने कार्यभार संभाला।

योजनाबद्ध छवियों पर, आसमाटिक झिल्ली को एक दीवार के रूप में खींचा जाता है। वास्तव में, यह एक बेलनाकार शरीर में संलग्न एक रोल है। इसकी बहुपरत संरचना में ताजे और खारे पानी की परतें वैकल्पिक होती हैं।

पीक प्रदर्शन को बनाए रखने के लिए लोएब मेम्ब्रेन को क्लिनिकल ग्रेड की आवश्यकता होती है। अलवणीकरण स्टेशन के झिल्ली मॉड्यूल का डिज़ाइन एक प्राथमिक मोटे फिल्टर और एक शक्तिशाली पंप की अनिवार्य उपस्थिति के लिए प्रदान किया गया है जो झिल्ली की कामकाजी सतह से मलबे को खटखटाता है।

होल्ट और थोरसन ने सबसे आशाजनक सामग्रियों की विशेषताओं का विश्लेषण करने के बाद, सस्ती संशोधित पॉलीइथाइलीन का विकल्प चुना। वैज्ञानिक पत्रिकाओं में उनके प्रकाशनों ने स्टेटक्राफ्ट का ध्यान आकर्षित किया और नॉर्वेजियन केमिस्टों को ऊर्जा कंपनी के तत्वावधान में अपना काम जारी रखने के लिए आमंत्रित किया गया। 2001 में, स्टेटक्राफ्ट झिल्ली कार्यक्रम को सरकारी अनुदान प्राप्त हुआ। प्राप्त धन का उपयोग झिल्ली के नमूनों का परीक्षण करने और समग्र रूप से प्रौद्योगिकी का परीक्षण करने के लिए Sunndalsior में एक प्रयोगात्मक आसमाटिक इकाई बनाने के लिए किया गया था। इसमें सक्रिय सतह क्षेत्र 200 एम 2 से थोड़ा अधिक था।

ताजे और समुद्री जल की लवणता (वैज्ञानिक शब्दों में, लवणता प्रवणता) के बीच का अंतर एक आसमाटिक विद्युत संयंत्र के संचालन का मूल सिद्धांत है। यह जितना बड़ा होता है, झिल्ली पर मात्रा और प्रवाह दर उतनी ही अधिक होती है, और इसलिए हाइड्रोटर्बाइन द्वारा उत्पन्न ऊर्जा की मात्रा। टॉफ्ट में, ताजा पानी गुरुत्वाकर्षण द्वारा झिल्ली में प्रवाहित होता है, ऑस्मोसिस के परिणामस्वरूप, दूसरी तरफ समुद्र के पानी का दबाव नाटकीय रूप से बढ़ जाता है। ऑस्मोसिस की शक्ति बहुत बड़ी है - दबाव समुद्र के पानी के स्तर को 120 मीटर तक बढ़ा सकता है।

इसके अलावा, परिणामस्वरूप पतला समुद्री पानी दबाव वितरक के माध्यम से टरबाइन ब्लेड तक जाता है और उन्हें अपनी सारी ऊर्जा देकर समुद्र में फेंक दिया जाता है। दबाव वितरक प्रवाह ऊर्जा का हिस्सा लेता है, जो समुद्र के पानी को पंप करने वाले पंपों को घुमाता है। इस प्रकार, स्टेशन की दक्षता में उल्लेखनीय वृद्धि संभव है। विलवणीकरण संयंत्रों के लिए ऐसे उपकरणों का निर्माण करने वाले एनर्जी रिकवरी के मुख्य प्रौद्योगिकीविद् रिक स्टोवर का अनुमान है कि वितरकों की ऊर्जा हस्तांतरण दक्षता 98% के करीब है। अलवणीकरण के दौरान ठीक यही उपकरण आवासीय भवनों में पेयजल पहुंचाने में मदद करते हैं।

जैसा कि स्किलहेगन नोट करता है, आदर्श रूप से, आसमाटिक बिजली संयंत्रों को विलवणीकरण संयंत्रों के साथ जोड़ा जाना चाहिए - उत्तरार्द्ध में अवशिष्ट समुद्री जल की लवणता प्राकृतिक स्तर से 10 गुना अधिक है। ऐसे अग्रानुक्रम में, ऊर्जा उत्पादन की दक्षता में कम से कम दो गुना वृद्धि होगी।

टोफ्ट में निर्माण कार्य 2008 की शरद ऋतु में शुरू हुआ। सोदरा सेल पल्प मिल के परिसर में एक खाली गोदाम किराए पर लिया गया था। पहली मंजिल पर, नदी और समुद्र के पानी को शुद्ध करने के लिए जाली और क्वार्ट्ज फिल्टर का एक झरना और दूसरी मंजिल पर एक मशीन रूम की व्यवस्था की गई थी। उसी वर्ष दिसंबर में, झिल्ली मॉड्यूल और दबाव वितरक को उठाने और स्थापित करने का काम किया गया था। फरवरी 2009 में, गोताखोरों के एक समूह ने खाड़ी के तल पर दो समानांतर पाइपलाइन बिछाईं - ताजे और समुद्र के पानी के लिए।

टॉफ्ट में समुद्र के पानी का सेवन 35 से 50 मीटर की गहराई से किया जाता है - इस परत में इसकी लवणता इष्टतम होती है। इसके अलावा, वहाँ यह सतह की तुलना में बहुत साफ है। लेकिन, इसके बावजूद, स्टेशन की झिल्लियों को माइक्रोप्रोर्स को बंद करने वाले कार्बनिक अवशेषों से नियमित सफाई की आवश्यकता होती है।

अप्रैल 2009 से, पावर प्लांट को एक परीक्षण मोड में संचालित किया गया है, और नवंबर में, राजकुमारी मेटे-मैरिट के हल्के हाथ से, इसे पूरी तरह से लॉन्च किया गया था। स्किलहेगन ने आश्वासन दिया कि टॉफ़्ट के बाद, स्टेटक्राफ्ट के पास अन्य समान, लेकिन अधिक उन्नत परियोजनाएं होंगी। और न केवल नॉर्वे में। उनके अनुसार, एक फुटबॉल मैदान के आकार का एक भूमिगत परिसर 15,000 व्यक्तिगत घरों के साथ पूरे शहर में लगातार बिजली की आपूर्ति करने में सक्षम है। इसके अलावा, पवन चक्कियों के विपरीत, ऐसी आसमाटिक स्थापना व्यावहारिक रूप से मौन है, सामान्य परिदृश्य को नहीं बदलती है और मानव स्वास्थ्य को प्रभावित नहीं करती है। और प्रकृति स्वयं उसमें नमक और ताजे पानी के भंडार को भरने का ख्याल रखेगी।

शीर्षक में कोई त्रुटि नहीं है, "अंतरिक्ष" से नहीं, बल्कि "परासरण" से

हर दिन हम आश्वस्त होते हैं कि हम अक्षय ऊर्जा के सबसे अप्रत्याशित स्रोतों के एक समूह से घिरे हुए हैं। सूर्य, हवा, धाराओं और ज्वार के अलावा, नमक पर चलने वाले जनरेटर का उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है - या बल्कि, यह अंतर है कि यह ताजे और समुद्र के पानी के बीच पैदा करता है। इस अंतर को लवणता प्रवणता कहा जाता है, और परासरण की घटना के लिए धन्यवाद, इसका उपयोग अतिरिक्त तरल दबाव प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है, जिसे पारंपरिक टर्बाइनों द्वारा बिजली में परिवर्तित किया जाता है।

लवणता प्रवणता की ऊर्जा को विद्युत में परिवर्तित करने के कई तरीके हैं। आज के लिए सबसे आशाजनक ऑस्मोसिस-सहायता प्राप्त रूपांतरण है, इसलिए लवणता प्रवणता की ऊर्जा को अक्सर परासरण की ऊर्जा के रूप में जाना जाता है। लेकिन लवणता प्रवणता की ऊर्जा को परिवर्तित करने के अन्य तरीके भी मौलिक रूप से संभव हैं।

परासरण की घटना इस प्रकार है। यदि आप एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली (झिल्ली) लेते हैं और इसे ताजे और खारे पानी के बीच एक बर्तन में विभाजन के रूप में रखते हैं, तब आसमाटिक बल खारे पानी में ताजे पानी को पंप करने के लिए शुरू हो जाएंगे। ताजे पानी के अणु अलग करने वाली झिल्ली से होकर खारे पानी से भरे बर्तन के दूसरे भाग में जाएंगे, और झिल्ली नमक के अणुओं को ताजे पानी के साथ पहली छमाही में नहीं जाने देगी। इस संपत्ति के लिए, झिल्ली को अर्ध-पारगम्य कहा जाता है। इस प्रक्रिया के दौरान निकलने वाली ऊर्जा बढ़े हुए दबाव के रूप में प्रकट होती है जो नमक के पानी के साथ बर्तन के हिस्से में होती है। यह आसमाटिक दबाव है (कभी-कभी आसमाटिक जलप्रपात कहा जाता है)। आसमाटिक दबाव का अधिकतम मूल्य समाधान (यानी खारे पानी) और विलायक (यानी ताजे पानी) के बीच दबाव अंतर है, जिस पर परासरण बंद हो जाता है, जो एक अर्धपारगम्य झिल्ली के दोनों किनारों पर दबाव समानता के गठन के कारण होता है। खारे पानी के साथ बर्तन के आधे हिस्से में परिणामी बढ़ा हुआ दबाव आसमाटिक बलों को संतुलित करता है जो एक अर्धपारगम्य झिल्ली के माध्यम से ताजे पानी के अणुओं को खारे पानी में मजबूर करते हैं।

परासरण की घटना को लंबे समय से जाना जाता है। यह पहली बार 1748 में ए. पोडलो द्वारा देखा गया था, लेकिन एक विस्तृत अध्ययन एक सदी से भी अधिक समय बाद शुरू हुआ। 1877 में, W. Pfeffer ने गन्ना चीनी के जलीय घोल का अध्ययन करते समय पहली बार आसमाटिक दबाव को मापा। 1887 में, वैंट हॉफ ने फ़ेफ़र के प्रयोगों के आधार पर, एक कानून स्थापित किया जो विलेय और तापमान की सांद्रता के आधार पर आसमाटिक दबाव को निर्धारित करता है। उन्होंने दिखाया कि एक समाधान का आसमाटिक दबाव संख्यात्मक रूप से उस दबाव के बराबर होता है जो विलेय के अणु तापमान और एकाग्रता के समान मूल्यों पर गैसीय अवस्था में होने पर लागू होंगे।

आसमाटिक ऊर्जा प्राप्त करने के लिए, कम या ज्यादा केंद्रित समाधान के पास कम नमक एकाग्रता वाला स्रोत होना आवश्यक है। विश्व महासागर की स्थितियों में, ऐसे स्रोत इसमें बहने वाली नदियों के मुहाने हैं।

आसमाटिक दबाव से गणना की गई लवणता ढाल ऊर्जा कार्नोट चक्र से जुड़ी दक्षता सीमाओं के अधीन नहीं है; यह इस प्रकार की ऊर्जा की सकारात्मक विशेषताओं में से एक है। सवाल यह है कि इसे बिजली में कैसे बदला जाए।

हाल ही में नॉर्वे में बिजली पैदा करने के लिए ऑस्मोसिस का उपयोग करने वाला दुनिया का पहला बिजली संयंत्र खोला गया। अपने काम में केवल नमक और ताजे पानी का उपयोग करके, बिजली संयंत्र का वर्तमान प्रोटोटाइप 2-4 किलोवाट उत्पन्न करेगा, लेकिन भविष्य में यह आंकड़ा काफी बढ़ जाएगा। ऊर्जा उत्पादन के लिए, नॉर्वेजियन कंपनी स्टेटक्राफ्ट द्वारा निर्मित स्टेशन का उपयोग करता है परासरण की घटना, अर्थात्, झिल्ली के माध्यम से समाधान की गति उच्च नमक सांद्रता की ओर। चूँकि साधारण समुद्री जल में लवण की सांद्रता ताजे पानी की तुलना में अधिक होती है, इसलिए परासरण की घटना एक झिल्ली द्वारा अलग किए गए ताजे और खारे पानी के बीच विकसित होती है, और जल प्रवाह की गति टरबाइन को काम करने के लिए ऊर्जा उत्पन्न करती है। पहले से लॉन्च किए गए प्रोटोटाइप का आकार छोटा है और दो से चार किलोवाट-घंटे के बराबर है। जैसा कि स्टीन के प्रोजेक्ट मैनेजर एरिक स्किलहेगन ने समझाया, कंपनी के पास तुरंत औद्योगिक पैमाने पर बिजली संयंत्र बनाने का लक्ष्य नहीं था, यह दिखाना अधिक महत्वपूर्ण था कि इस तकनीक का सिद्धांत रूप से ऊर्जा क्षेत्र में उपयोग किया जा सकता है। , स्टेटक्राफ्ट वेबसाइट नोट करता है। इंजीनियरों की गणना के अनुसार, आज 1700 किलोवाट प्रति घंटे की क्षमता वाला एक आसमाटिक बिजली संयंत्र बनाना संभव है। वहीं, वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों पर अन्य स्टेशनों के विपरीत - सौर या पवन - मौसम का स्टेशन के संचालन पर कोई प्रभाव नहीं पड़ेगा। मौजूदा प्रोटोटाइप की शक्ति सिर्फ एक कॉफी निर्माता को बिजली प्रदान करने के लिए पर्याप्त है, लेकिन 2015 तक स्टेटक्राफ्ट एक बिजली संयंत्र बनाने की उम्मीद करता है जो 10,000 निजी घरों के गांव में बिजली की आपूर्ति करता है।

आगे की चुनौतियों में अधिक ऊर्जा कुशल झिल्लियों की खोज है। हुरम में स्टेशन पर इस्तेमाल होने वालों के लिए, जो ओस्लो से 60 किमी दक्षिण में है, यह आंकड़ा 1 डब्ल्यू / एम 2 है। कुछ समय बाद, स्टेटक्राफ्ट शक्ति को 2-3 वाट तक बढ़ा देगा, लेकिन लागत प्रभावी स्तर तक पहुंचने के लिए, आपको 5 वाट प्राप्त करने की आवश्यकता है।

ऑस्मोसिस (ग्रीक शब्द ओस्मोस से - धक्का, दबाव), एक पदार्थ का प्रसार, आमतौर पर एक विलायक, एक अर्धपारगम्य झिल्ली के माध्यम से जो एक समाधान और एक शुद्ध विलायक या विभिन्न सांद्रता के दो समाधानों को अलग करता है। अर्ध-पारगम्य झिल्ली - एक विभाजन जो विलायक के छोटे अणुओं को गुजरने देता है, लेकिन विलेय के बड़े अणुओं के लिए अभेद्य है। परासरण की घटना (एक अर्धपारगम्य झिल्ली द्वारा अलग किए गए समाधानों की सांद्रता को समतल करना) सभी जीवित जीवों के चयापचय का आधार है। उदाहरण के लिए, पौधों, जानवरों और मनुष्यों की कोशिका भित्ति एक प्राकृतिक झिल्ली है जो आंशिक रूप से पारगम्य है क्योंकि यह पानी के अणुओं को स्वतंत्र रूप से गुजरने देती है, लेकिन अन्य पदार्थों के अणुओं को नहीं। जब पौधे की जड़ें पानी को अवशोषित करती हैं, तो उनकी कोशिका भित्ति एक प्राकृतिक आसमाटिक झिल्ली बनाती है जो पानी के अणुओं को गुजरने देती है और अधिकांश अशुद्धियाँ खारिज कर दी जाती हैं। तथाकथित आसमाटिक दबाव के कारण ही जड़ी-बूटियाँ और फूल सीधे खड़े होते हैं। इसलिए पानी की कमी से वे मुरझाए और सुस्त नजर आते हैं। प्राकृतिक झिल्ली की छानने की क्षमता अद्वितीय है, यह आणविक स्तर पर पदार्थों को पानी से अलग करती है और यही किसी भी जीवित जीव को अस्तित्व में रखने की अनुमति देती है।

एक समाधान के एक घटक को दूसरे से अलग करने के लिए झिल्लियों का उपयोग बहुत लंबे समय से जाना जाता है। सबसे पहले, अरस्तू ने पाया कि मोम के बर्तन की दीवारों से गुजरने पर समुद्र का पानी विलवणीकरण हो जाता है। इस घटना और अन्य झिल्ली प्रक्रियाओं का अध्ययन 18 वीं शताब्दी की शुरुआत में बहुत बाद में शुरू हुआ, जब रेउमुर ने वैज्ञानिक उद्देश्यों के लिए प्राकृतिक उत्पत्ति के अर्ध-पारगम्य झिल्ली का इस्तेमाल किया। लेकिन पिछली शताब्दी के 20 के दशक के मध्य तक, ये सभी प्रक्रियाएं विशुद्ध रूप से सैद्धांतिक रुचि की थीं, प्रयोगशालाओं से आगे नहीं बढ़ रही थीं। 1927 में, जर्मन कंपनी "सार्टोरियस" को कृत्रिम झिल्लियों के पहले नमूने प्राप्त हुए। और केवल पिछली शताब्दी के मध्य में, अमेरिकी डेवलपर्स ने सेल्यूलोज एसीटेट और नाइट्रोसेल्यूलोज झिल्ली का उत्पादन शुरू किया। 1950 के दशक के अंत और 1960 के दशक की शुरुआत में, सिंथेटिक बहुलक सामग्री के व्यापक उत्पादन की शुरुआत के साथ, पहला वैज्ञानिक कार्य सामने आया, जिसने रिवर्स ऑस्मोसिस के औद्योगिक अनुप्रयोग का आधार बनाया।

पहला औद्योगिक रिवर्स ऑस्मोसिस सिस्टम केवल 1970 के दशक की शुरुआत में दिखाई दिया, इसलिए यह समान आयन एक्सचेंज या सक्रिय कार्बन पर सोखने की तुलना में अपेक्षाकृत युवा तकनीक है। हालांकि, पश्चिमी देशों में, रिवर्स ऑस्मोसिस जल शोधन के सबसे किफायती, बहुमुखी और विश्वसनीय तरीकों में से एक बन गया है, जो आपको पानी में घटकों की एकाग्रता को 96-99% तक कम करने और सूक्ष्मजीवों और वायरस से लगभग छुटकारा पाने की अनुमति देता है। 100%। एक आसमाटिक झिल्ली के माध्यम से पानी के अणुओं के हस्तांतरण के लिए तंत्र अक्सर एक पारंपरिक निस्पंदन होता है, जिसमें पोरोस्मोटिक झिल्ली के व्यास से बड़े कणों को बरकरार रखा जाता है। ऐसी झिल्ली के दोनों किनारों पर सांद्रता का समीकरण विलायक के एकतरफा प्रसार से ही संभव है। इसलिए, परासरण हमेशा शुद्ध विलायक से विलयन में या तनु विलयन से सांद्र विलयन में जाता है। विशेष रूप से, परासरण की घटना तब देखी जाती है जब विभिन्न सांद्रता वाले दो नमक समाधान एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली द्वारा अलग किए जाते हैं। यह झिल्ली एक निश्चित आकार के अणुओं और आयनों को गुजरने देती है, लेकिन बड़े अणुओं वाले पदार्थों के लिए एक बाधा के रूप में कार्य करती है। इस प्रकार, पानी के अणु झिल्ली में प्रवेश करने में सक्षम होते हैं, लेकिन पानी में घुलने वाले नमक के अणु नहीं होते हैं। यदि एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली के विपरीत किनारों पर अलग-अलग नमक सांद्रता वाले पानी के खारे समाधान होते हैं, तो पानी के अणु झिल्ली के माध्यम से कमजोर रूप से केंद्रित समाधान से अधिक केंद्रित एक में मिल जाएंगे, जिससे बाद में तरल स्तर में वृद्धि होगी। परासरण की घटना के माध्यम से, झिल्ली के माध्यम से पानी के प्रवेश की प्रक्रिया तब भी देखी जाती है, जब दोनों समाधान एक ही बाहरी दबाव में होते हैं। विभिन्न सांद्रता वाले दो विलयनों के स्तरों की ऊंचाई में अंतर उस बल के समानुपाती होता है जिसके तहत पानी झिल्ली से होकर गुजरता है। इस बल को "आसमाटिक दबाव" कहा जाता है। पर चावल। 23.1.परासरण की घटना को दर्शाने वाला एक चित्र दिया गया है।

चावल। 23.1.

एक आसमाटिक विद्युत संयंत्र के संचालन का सिद्धांत आसमाटिक दबाव के गठन पर आधारित है। उन जगहों पर जहां नदी समुद्र में बहती है, ताजा नदी का पानी नमकीन समुद्री पानी के साथ मिल जाता है, और ऐसा कोई दबाव नहीं है जो ऊर्जा के स्रोत के रूप में काम कर सके। हालांकि, अगर, मिश्रण करने से पहले, समुद्र के पानी और ताजे पानी को एक फिल्टर द्वारा अलग किया जाता है - एक विशेष झिल्ली जो पानी को गुजरने देती है, लेकिन नमक से नहीं गुजरती है, तो थर्मोडायनामिक संतुलन और सांद्रता के बराबर के समाधान की इच्छा को महसूस किया जा सकता है केवल इस तथ्य के कारण कि पानी नमक के घोल में प्रवेश करेगा, और नमक ताजे पानी में प्रवेश नहीं करेगा। एक विशेष झिल्ली जो पानी को गुजरने देती है लेकिन नमक के अणुओं के लिए अभेद्य है, दो टैंकों के बीच रखा गया है। उनमें से एक ताजे पानी से भरा है, दूसरा खारे पानी से भरा है। चूंकि इस तरह की प्रणाली संतुलन बनाती है, खारे पानी जलाशय से ताजे पानी को खींच लेते हैं। यदि यह एक बंद टैंक में होता है, तो समुद्र के पानी की तरफ से अतिरिक्त हाइड्रोस्टेटिक दबाव उत्पन्न होता है। उसी समय, दबाव दिखाई देता है, जल प्रवाह बनाता है। यदि हम अब एक जनरेटर के साथ एक टरबाइन स्थापित करते हैं, तो अतिरिक्त दबाव टरबाइन के ब्लेड को घुमाएगा और बिजली का उत्पादन करेगा। चावल। 23.2.आसमाटिक स्टेशन का एक सरलीकृत आरेख दिखाया गया है। इस पर चित्र: 1 - समुद्र का पानी; 2 नदी का पानी; 3 - फिल्टर; 4 - झिल्ली; 5 - कार्य कक्ष; 6 - अपशिष्ट नदी के पानी का उत्पादन; 7 - विद्युत जनरेटर के साथ टरबाइन; 8 - आउटपुट।

चावल। 23.2.

इस क्षेत्र में सैद्धांतिक विकास 20 वीं शताब्दी की शुरुआत के रूप में दिखाई दिया, लेकिन उनके कार्यान्वयन के लिए मुख्य चीज जो कमी थी वह एक उपयुक्त आसमाटिक झिल्ली थी। इस तरह की झिल्ली को पारंपरिक घरेलू जल आपूर्ति के दबाव के 20 गुना दबाव का सामना करना पड़ता है, और इसमें बहुत अधिक छिद्र होता है। सिंथेटिक पॉलिमर के उत्पादन के लिए प्रौद्योगिकियों के विकास के साथ समान गुणों वाली सामग्रियों का निर्माण संभव हो गया है। दरअसल, प्रभावी झिल्ली की मोटाई लगभग 0.1 माइक्रोमीटर होती है। तुलना के लिए: एक मानव बाल का व्यास 50 से 100 माइक्रोमीटर होता है। यह सबसे पतली फिल्म है जो अंततः समुद्र के पानी को ताजे पानी से अलग करती है। यह स्पष्ट है कि इतनी पतली झिल्ली अपने आप में उच्च आसमाटिक दबाव का सामना नहीं कर सकती है। इसलिए, यह एक झरझरा स्पंज की तरह लेकिन बेहद टिकाऊ आधार पर लगाया जाता है। वैसे, प्रत्यक्ष परासरण के लिए एक झिल्ली एक पतली दीवार नहीं है, जिसे सरलीकृत आरेखों पर खींचा जाता है, बल्कि एक बेलनाकार शरीर में संलग्न एक लंबा रोल होता है। पतवार के साथ संबंध इस तरह से बनाया गया है कि रोल की सभी परतों में झिल्ली के एक तरफ हमेशा ताजा पानी होता है, और दूसरी तरफ समुद्र का पानी होता है, जैसा कि में दिखाया गया है चावल। 23.3.इस पर चित्र: 1 - ताजा पानी; 2 - समुद्र का पानी; 3 - झिल्ली। पर चावल। 23.4.धातु के मामले में रखी गई झिल्ली का उपकरण बेलनाकार आकार में दिखाया गया है। इस पर चित्र: 1 - ताजा पानी; 2 - समुद्र का पानी; 3 - झिल्ली; 4 - धातु का मामला। वर्तमान में उपयोग की जाने वाली मिश्रित झिल्ली हाइड्रोडायनामिक प्रतिरोध को काफी कम कर सकती है। उनमें एक झरझरा आधार (सब्सट्रेट) पर रासायनिक रूप से एक पतली चयनात्मक परत जमा की जाती है। चयनात्मक परत की मोटाई 0.1-1.0 µm है, और झरझरा आधार की मोटाई 50-150 µm है । सब्सट्रेट व्यापक छिद्रों के कारण प्रवाह के लिए व्यावहारिक रूप से कोई प्रतिरोध नहीं बनाता है, और इसकी मोटाई में उल्लेखनीय कमी के कारण चयनात्मक परत का प्रतिरोध काफी कम हो जाता है। सामान्य तौर पर, झिल्ली की समग्र संरचना किसके कारण यांत्रिक शक्ति प्रदान करती है

चावल। 23.3.

चावल। 23.4.

झरझरा सब्सट्रेट की मोटाई, और इसके अलावा, यह चयनात्मक परत के पतलेपन के कारण झिल्ली के समग्र प्रतिरोध को कम करने की अनुमति देता है। रिवर्स ऑस्मोसिस झिल्ली की चयनात्मक परत पॉलियामाइड सामग्री से बनी होती है।

अंजीर पर। 23.एस. एक आसमाटिक स्टेशन का उपकरण दिखाया गया है, यह लुढ़का हुआ झिल्ली का उपयोग करता है।

इस पर चित्र: 1 - समुद्री जल की शुरूआत; 2 - नदी के पानी की शुरूआत; 3 - फिल्टर; 4 - रोल झिल्ली; 5 - उच्च आसमाटिक दबाव के साथ सीलबंद कक्ष; 6- विद्युत जनरेटर के साथ टरबाइन।

2009 में, नॉर्वे के टॉफ्ट में, बिजली पैदा करने के लिए समुद्र और ताजे पानी के बीच लवणता के अंतर का उपयोग करते हुए, दुनिया के पहले बिजली संयंत्र का संचालन शुरू हुआ। निर्मित आसमाटिक पावर प्लांट में, समुद्र के पानी वाले डिब्बे में, दबाव बनाया जाता है जो 120 मीटर ऊंचे पानी के स्तंभ के दबाव के बराबर होता है। यह दबाव टरबाइन शाफ्ट को चलाता है जो एक विद्युत जनरेटर से जुड़ा होता है। ताजा पानी गुरुत्वाकर्षण द्वारा झिल्ली में प्रवाहित होता है। टॉफ्ट में समुद्र के पानी का सेवन 35 से 50 मीटर की गहराई से किया जाता है - इस परत में इसकी लवणता इष्टतम होती है। इसके अलावा, वहाँ यह सतह की तुलना में बहुत साफ है। लेकिन, इसके बावजूद, स्टेशन झिल्ली को कार्बनिक अवशेषों से नियमित सफाई की आवश्यकता होती है, इसके माइक्रोप्रोर्स को रोकते हैं। आज तक, यह आसमाटिक स्टेशन लगभग 1 kW ऊर्जा का उत्पादन करता है। निकट भविष्य में यह आंकड़ा बढ़कर 2-4 kW हो सकता है। उत्पादन की लाभप्रदता के बारे में बात करने में सक्षम होने के लिए, यह आवश्यक है

चावल। 23.5.लुढ़का हुआ झिल्ली के साथ आसमाटिक स्टेशन

लगभग 5 किलोवाट का उत्पादन प्राप्त करें। हालाँकि, यह एक बहुत ही वास्तविक चुनौती है। 2015 तक, एक बड़ा संयंत्र बनाने की योजना है जो 25 मेगावाट उत्पन्न करेगा, जो 10,000 औसत घरों को बिजली की आपूर्ति करेगा। भविष्य में, यह माना जाता है कि आसमाटिक बिजली संयंत्र इतने शक्तिशाली हो जाएंगे कि वे प्रति वर्ष 1700 TW उत्पादन करने में सक्षम होंगे, जितना कि वर्तमान में यूरोप का आधा उत्पादन करता है।

आसमाटिक स्टेशनों के लाभ। सबसे पहले, खारे पानी (साधारण समुद्री जल स्टेशन के संचालन के लिए उपयुक्त है) एक अटूट प्राकृतिक संसाधन है। पृथ्वी की सतह 94% पानी से ढकी है, जिसका 97% खारा है, इसलिए ऐसे स्टेशनों के लिए हमेशा ईंधन रहेगा। दूसरे, आसमाटिक बिजली संयंत्रों के निर्माण के लिए विशेष हाइड्रोलिक संरचनाओं के निर्माण की आवश्यकता नहीं होती है। बिजली पैदा करने की इस पद्धति की पर्यावरण मित्रता। कोई अपशिष्ट, ऑक्सीकृत टैंक सामग्री, हानिकारक धुएं नहीं। इसके निवासियों को कोई नुकसान पहुंचाए बिना शहर के भीतर भी आसमाटिक बिजली संयंत्र स्थापित किए जा सकते हैं।

हाल ही में, जापान ने घोषणा की कि वह ऑस्मोसिस स्टेशनों का उपयोग करके ऊर्जा उत्पादन करने की योजना बना रहा है। जापान चारों ओर से समुद्र से घिरा हुआ है, जिसमें अनेक नदियाँ बहती हैं। क्योंकि वे लगातार बह रहे हैं, बिजली पैदा करने की प्रक्रिया निरंतर हो जाएगी। ऊर्जा प्राप्त करने की आसमाटिक विधि के फायदों में से इलाके से स्वतंत्रता है, स्टेशन मैदान पर काम करने में सक्षम होगा। इनमें से प्रमुख भौगोलिक परिस्थितियां हैं जिनमें ताजे और खारे पानी का मिश्रण होता है। इस प्रकार, जापान के किसी भी क्षेत्र में आसमाटिक बिजली संयंत्र स्थापित किए जा सकते हैं जहां नदियां समुद्र में बहती हैं। टोक्यो टेक्निकल यूनिवर्सिटी के प्रोफेसर अकिहिको तानियोका के अनुसार, ऑस्मोसिस प्लांट 5-6 परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की तुलना में 5-6 मिलियन kW ऊर्जा का उत्पादन करने में सक्षम होगा। इसके अलावा, जापान आसमाटिक झिल्ली के मुख्य निर्माताओं में से एक है। अब जापानी कंपनियां वैश्विक झिल्ली आयात का 70% हिस्सा हैं।