Când ne gândim la energia regenerabilă, ne vine imediat în minte energia eoliană, solară, maree și maree, iar dispozitivele care le convertesc sunt centralele eoliene, convertoarele solare fotovoltaice, hidroturbinele care sunt deja familiare astăzi. Toate acestea sunt deja utilizate masiv în întreaga lume. Dar lista surselor regenerabile de energie nu se termină aici. Există un alt tip de producție de energie care nu s-a răspândit încă, dar aceasta este o chestiune pentru viitor - aceasta este energia osmotică.

Recent a devenit cunoscută despre lansarea în Norvegia a primei centrale electrice din lume, care vă permite să extrageți energie din diferența de concentrație de sare din apa dulce și apa sărată. Producția de energie electrică se realizează ca urmare a fenomenului de osmoză. Stația este situată în apropierea capitalei Norvegiei, Oslo, pe malul fiordului Oslo. Investitorul în construcții a fost compania energetică norvegiană Statkraft, care este al treilea producător de resurse energetice din regiunea scandinavă, precum și cel mai mare producător de energie bazată pe surse regenerabile de energie din Europa. Această știre a fost motivul pentru care am scris acest articol.

Deci, ce este energia osmotică?

Energia osmotică este energia obținută ca urmare a osmozei sau, după cum se poate spune, ca urmare a procesului de difuzie a unui solvent dintr-o soluție mai puțin concentrată într-o soluție mai concentrată.

Potrivit Wikipedia.org, fenomenul de osmoză se observă în acele medii în care mobilitatea solventului este mai mare decât mobilitatea substanțelor dizolvate. Un caz special important de osmoză este osmoza printr-o membrană semipermeabilă. Se numesc membrane semi-permeabile, care au o permeabilitate suficient de mare nu pentru toate, ci numai pentru unele substanțe, în special, pentru un solvent.

Osmoza joacă un rol important în procesele biologice. Datorită lui, nutrienții intră în celulă și invers - cei inutile sunt îndepărtați. Prin osmoză, frunzele plantelor absorb umiditatea.

Energia osmotică se referă la o sursă regenerabilă care, spre deosebire de energia solară sau eoliană, produce o cantitate previzibilă și durabilă de energie indiferent de vreme. Și acesta este unul dintre principalele avantaje ale acestei tehnologii.

De ce osmoza nu a fost folosită mai devreme pentru producerea de energie, ci abia acum?

Principala dificultate constă în eficiența și costul membranelor utilizate. Aceasta este piatra de poticnire. Electricitatea este produsă în generatoare alimentate cu apă sărată din rezervoare în care se amestecă apa dulce și sărată. Cu cât procesul de amestecare este mai rapid, cu atât mai rapid este furnizată apa către turbine, cu atât se poate obține mai multă energie.

Ideea de a produce energie prin osmoză a apărut în anii 70 ai secolului trecut. Dar atunci membranele nu erau încă suficient de eficiente, așa cum sunt astăzi.

Centrală osmotică din Norvegia

Centrala electrică experimentală construită folosește diferența de concentrație de sare din apa dulce și cea sărată. Apa de mare și râu este trimisă într-o cameră separată de o membrană. Datorită fenomenului de osmoză, moleculele tind să se deplaseze în regiunea camerei unde concentrația de substanțe dizolvate, în acest caz sarea, este mai mare. Acest proces are ca rezultat o creștere a volumului în compartimentul cu apă sărată. Ca urmare, se formează o presiune crescută, care creează o presiune echivalentă cu impactul unei coloane de apă de 120 de metri înălțime. Această presiune este trimisă la turbina care rotește generatorul.

Centrala electrică construită folosește o membrană cu o eficiență de 2-3 W/m2. Prin urmare, sarcina principală este de a găsi membrane mai eficiente. Potrivit cercetătorilor, pentru ca utilizarea energiei osmotice să fie benefică, este necesar să se realizeze o eficiență a membranei mai mare de 5 wați/m2.

Acum stația nu generează multă energie - 4 kW. În viitor, este planificată creșterea constantă a capacității. Ststkraft intenționează să aducă stația la un nivel de auto-susținere până în 2015.

Dezavantajele includ faptul că nu este posibilă construirea unei astfel de centrale electrice peste tot. La urma urmei, acest lucru necesită simultan două surse de apă - proaspătă și sărată. Prin urmare, construcția este imposibilă în adâncurile continentului, ci doar pe coastele din apropierea sursei de apă sărată. În viitor, se plănuiește crearea de membrane care să folosească diferența de concentrație de sare doar a apei de mare.

Un alt dezavantaj este eficiența stației, care este legată în primul rând de eficiența membranelor utilizate.

Sarcina stației este în principal să cerceteze și să dezvolte tehnologii pentru aplicații comerciale în viitor. Acesta este cu siguranță un pas înainte. Până la urmă, potențialul mondial al energiei osmotice, conform Statkraft, este estimat la 1600-1700 TWh de energie anual, ceea ce echivalează cu 50 la sută din producția totală de energie din Uniunea Europeană.

Până acum, există un singur prototip de funcționare al unei centrale osmotice în lume. Dar în viitor vor fi sute.

Principiul de funcționare al centralei osmotice

Funcționarea centralei se bazează pe efectul osmotic - proprietatea membranelor special concepute de a permite trecerea doar a anumitor particule. De exemplu, vom instala o membrană între două recipiente și vom turna apă distilată într-unul dintre ele, iar soluție salină în celălalt. Moleculele de apă vor trece liber prin membrană, dar particulele de sare nu. Și întrucât într-o astfel de situație lichidele vor tinde să se echilibreze, în curând apa dulce se va răspândi prin gravitație în ambele recipiente.

Dacă diferența dintre compozițiile soluțiilor este foarte mare, atunci fluxul de lichid prin membrană va fi destul de puternic. Prin plasarea unei hidro-turbine în calea ei, este posibilă generarea de energie electrică. Acesta este cel mai simplu design al unei centrale osmotice. În prezent, materia primă optimă pentru aceasta este apa de mare sărată și apa dulce de râu - surse regenerabile de energie.

O centrală electrică experimentală de acest tip a fost construită în 2009 lângă orașul norvegian Oslo. Performanța sa este scăzută - 4 kW sau 1 W de la 1 mp. membranelor. În viitorul apropiat, acest indicator va fi crescut la 5 W pe 1 mp. Până în 2015, norvegienii intenționează să construiască o centrală comercială cu osmoză, cu o capacitate de aproximativ 25 MW.

Perspective de utilizare a acestei surse de energie

Principalul avantaj al IPS față de alte tipuri de centrale electrice este utilizarea de materii prime extrem de ieftine. De fapt, este gratuit, deoarece 92-93% din suprafața planetei este acoperită cu apă sărată, iar apa dulce este ușor de obținut folosind aceeași metodă de presiune osmotică în altă instalație. Prin instalarea unei centrale electrice la gura unui râu care se varsă în mare, toate problemele legate de aprovizionarea cu materii prime pot fi rezolvate dintr-o singură lovitură. Condițiile climatice pentru funcționarea IPS nu sunt importante - atâta timp cât apa curge, instalația funcționează.

În același timp, nu se creează substanțe toxice - la ieșire se formează aceeași apă sărată. ECO este absolut prietenos cu mediul, poate fi instalat în imediata apropiere a zonelor rezidențiale. Centrala nu dăunează vieții sălbatice, iar pentru construcția acesteia nu este necesară blocarea râurilor cu baraje, cum este cazul hidrocentralelor. Și eficiența scăzută a centralei este ușor compensată de natura de masă a unor astfel de instalații.

Fenomenul osmozei este folosit la scară industrială de peste 40 de ani. Numai că aceasta nu este osmoza directă clasică a Abbé Nolle, ci așa-numita osmoză inversă - un proces artificial de pătrundere a unui solvent dintr-o soluție concentrată într-o soluție diluată sub influența unei presiuni care depășește presiunea osmotică naturală. Această tehnologie a fost folosită în instalațiile de desalinizare și purificare încă de la începutul anilor 1970. Apa de mare sărată este injectată pe o membrană specială și, trecând prin porii ei, este lipsită de o proporție semnificativă de săruri minerale, și în același timp bacterii și chiar viruși. Este nevoie de multă energie pentru a pompa apă sărată sau poluată, dar jocul merită lumânarea - există multe regiuni de pe planetă în care lipsa de apă potabilă este o problemă acută.

Este greu de crezut că doar diferența de concentrație a două soluții poate crea o forță serioasă, dar este adevărat: presiunea osmotică poate ridica nivelul apei mării cu 120 m.

Experimentele privind conversia presiunii osmotice în energie electrică au fost efectuate de diverse grupuri și companii științifice încă de la începutul anilor 1970. Schema de principiu a acestui proces era evidentă: fluxul de apă dulce (de râu), care pătrunde prin porii membranei, creează presiune în rezervorul de apă de mare, permițând astfel turbinei să se rotească. Apa salmastra reziduala este apoi aruncata in mare. Singura problemă a fost că membranele clasice pentru PRO (Pressure retarded osmosis) erau prea scumpe, capricioase și nu asigurau puterea de curgere necesară. Lucrurile au demarat la sfârșitul anilor 1980, când chimiștii norvegieni Thorleif Holt și Thor Thorsen de la institutul SINTEF au preluat sarcina.

Pe imaginile schematice, membrana osmotică este desenată ca un perete. De fapt, este o rolă închisă într-un corp cilindric. În structura sa multistrat, alternează straturi de apă dulce și sărată.

Membranele Loeb necesitau grad clinic pentru a menține performanța de vârf. Proiectarea modulului de membrană al stației de desalinizare prevedea prezența obligatorie a unui filtru grosier primar și a unei pompe puternice care a doborât resturile de pe suprafața de lucru a membranei.

Holt și Thorsen, după ce au analizat caracteristicile celor mai promițătoare materiale, au optat pentru polietilenă modificată ieftină. Publicațiile lor în reviste științifice au atras atenția Statcraft, iar chimiștii norvegieni au fost invitați să-și continue activitatea sub auspiciile companiei energetice. În 2001, programul de membrană Statcraft a primit o subvenție guvernamentală. Fondurile primite au fost folosite pentru a construi o instalație experimentală de osmoză în Sunndalsior pentru a testa probe de membrană și a testa tehnologia în ansamblu. Suprafața activă a acestuia era de puțin peste 200 m2.

Diferența dintre salinitatea (în termeni științifici, gradientul de salinitate) a apei dulci și a apei de mare este principiul de bază al funcționării unei centrale osmotice. Cu cât este mai mare, cu atât este mai mare volumul și debitul pe membrană și, prin urmare, cantitatea de energie generată de hidroturbină. În Toft, apa dulce curge prin gravitație către membrană, ca urmare a osmozei, presiunea apei de mare pe cealaltă parte crește dramatic. Puterea osmozei este colosală - presiunea poate ridica nivelul apei mării cu 120 m.

În plus, apa de mare diluată rezultată trece prin distribuitorul de presiune către paletele turbinei și, după ce le-a dat toată energia sa, este aruncată în mare. Distribuitorul de presiune preia o parte din energia debitului, rotind pompele care pompează apa de mare. Astfel, este posibilă creșterea semnificativă a eficienței stației. Rick Stover, tehnolog șef la Energy Recovery, care produce astfel de dispozitive pentru instalațiile de desalinizare, estimează că eficiența transferului de energie al distribuitorilor este aproape de 98%. Exact aceleași dispozitive în timpul desalinizării ajută la furnizarea de apă potabilă în clădirile rezidențiale.

După cum notează Skillhagen, în mod ideal, centralele osmotice ar trebui combinate cu instalațiile de desalinizare - salinitatea apei de mare reziduale în acestea din urmă este de 10 ori mai mare decât nivelul natural. Într-un astfel de tandem, eficiența generării de energie va crește de cel puțin două ori.

Lucrările de construcție în Toft au început în toamna anului 2008. Un depozit vacant a fost închiriat în incinta fabricii de celuloză Sodra Cell. La primul etaj a fost amenajată o cascadă de filtre cu plasă și cuarț pentru purificarea apei de râu și de mare, iar la etajul al doilea, o cameră de mașini. In luna decembrie a aceluiasi an a fost efectuata ridicarea si montarea modulelor membranare si a distribuitorului de presiune. În februarie 2009, un grup de scafandri a pus două conducte paralele de-a lungul fundului golfului - pentru apă dulce și de mare.

Aportul de apă de mare se realizează în Toft de la adâncimi de 35 până la 50 m - în acest strat salinitatea sa este optimă. În plus, acolo este mult mai curat decât la suprafață. Dar, în ciuda acestui fapt, membranele stației necesită curățare regulată de reziduurile organice care înfundă microporii.

Din aprilie 2009, centrala funcționează în regim de probă, iar în noiembrie, cu mâna ușoară a Prințesei Mette-Marit, a fost lansată la maximum. Skillhagen asigură că după Tofte, Statcraft va avea alte proiecte similare, dar mai avansate. Și nu numai în Norvegia. Potrivit acestuia, un complex subteran de dimensiunea unui teren de fotbal este capabil să furnizeze continuu energie electrică unui întreg oraș cu 15.000 de locuințe individuale. În plus, spre deosebire de morile de vânt, o astfel de instalație osmotică este practic silențioasă, nu schimbă peisajul obișnuit și nu afectează sănătatea umană. Și natura însăși se va ocupa de completarea rezervelor de sare și apă dulce din ea.

Nu există nicio eroare în titlu, nu din „spațiu”, ci din „osmoză”

În fiecare zi suntem convinși că suntem înconjurați de o masă din cele mai neașteptate surse de energie regenerabilă. Pe lângă Soare, vânt, curenți și maree, generatoarele care funcționează cu sare pot fi folosite pentru a genera electricitate – sau mai bine zis, pe diferența pe care o creează între apa dulce și cea de mare. Această diferență se numește gradient de salinitate și, datorită fenomenului de osmoză, poate fi folosită pentru a obține o presiune lichidă în exces, care este transformată în energie electrică de către turbinele convenționale.

Există mai multe moduri de a converti energia gradientului de salinitate în electricitate. Cea mai promițătoare pentru astăzi este conversia asistată de osmoză, așa că energia gradientului de salinitate este adesea denumită energia osmozei. Dar și alte modalități de conversie a energiei gradientului de salinitate sunt de asemenea posibile.

Fenomenul de osmoză este următorul. Dacă luați o membrană (membrană) semi-permeabilă și o plasați ca un despărțitor într-un vas între apă dulce și apă sărată, atunci forțele osmotice vor începe, parcă, să pompeze apă dulce în apa sărată. Moleculele de apă proaspătă vor trece prin membrana de separare în a doua jumătate a vasului umplut cu apă sărată, iar membrana nu va lăsa moleculele de sare să intre în prima jumătate cu apă dulce. Pentru această proprietate, membrana se numește semi-permeabilă. Energia eliberată în timpul acestui proces se manifestă sub formă de presiune crescută care are loc în porțiunea vasului cu apă sărată. Aceasta este presiunea osmotică (uneori numită cascadă osmotică). Valoarea maximă a presiunii osmotice este diferența de presiune dintre soluție (adică apă sărată) și solvent (adică apă dulce), la care se oprește osmoza, care are loc datorită formării egalității de presiune pe ambele părți ale membranei semipermeabile. Creșterea presiunii rezultată în jumătate din vasul cu apă sărată echilibrează forțele osmotice care au forțat moleculele de apă dulce să treacă printr-o membrană semipermeabilă în apă sărată.

Fenomenul osmozei este cunoscut de mult timp. A fost observat pentru prima dată de A. Podlo în 1748, dar un studiu detaliat a început mai mult de un secol mai târziu. În 1877, W. Pfeffer a măsurat presiunea osmotică pentru prima dată când a studiat soluțiile apoase de zahăr din trestie. În 1887, Van't Hoff, pe baza experimentelor lui Pfeffer, a stabilit o lege care determină presiunea osmotică în funcție de concentrația unui dizolvat și de temperatură. El a arătat că presiunea osmotică a unei soluții este numeric egală cu presiunea pe care moleculele solutului ar exercita-o dacă ar fi în stare gazoasă la aceleași valori de temperatură și concentrație.

Pentru a obține energie osmotică este necesar să existe o sursă cu o concentrație scăzută de sare lângă o soluție mai mult sau mai puțin concentrată. În condițiile Oceanului Mondial, astfel de surse sunt gurile râurilor care se varsă în el.

Energia gradientului de salinitate calculată din presiunea osmotică nu este supusă limitărilor de eficiență asociate ciclului Carnot; aceasta este una dintre caracteristicile pozitive ale acestui tip de energie. Întrebarea este cum să-l transformi cel mai bine în electricitate.

Prima centrală electrică din lume care utilizează osmoză pentru a genera electricitate a fost deschisă recent în Norvegia. Folosind doar apă sărată și dulce în activitatea sa, actualul prototip al centralei electrice va genera 2-4 kilowați, dar în viitor această cifră va crește semnificativ.Pentru a produce energie, stația, construită de compania norvegiană Statkraft, folosește fenomen de osmoză, adică mișcarea soluțiilor prin membrană către o concentrație de sare mai mare. Întrucât concentrația de săruri în apa de mare obișnuită este mai mare decât în ​​apa dulce, între apa dulce și sărată, separate printr-o membrană, se dezvoltă un fenomen de osmoză, iar mișcarea fluxului de apă face ca turbina să genereze energie să funcționeze. prototipul deja lansat este mic și se ridică la doi până la patru kilowați-oră. După cum a explicat managerul de proiect Stein, Eric Skilhagen, compania nu a avut scopul de a construi imediat o centrală electrică la scară industrială, era mai important să arătăm că această tehnologie poate fi utilizată în principiu în sectorul energetic. , notează site-ul Statkraft. Conform calculelor inginerilor, astăzi este posibilă construirea unei centrale osmotice cu o capacitate de 1700 de kilowați pe oră. Totodată, spre deosebire de alte stații pe surse alternative de energie – solară sau eoliană – vremea nu va avea niciun efect asupra funcționării stației. Puterea prototipului existent este suficientă pentru a furniza energie electrică doar unui aparat de cafea, dar până în 2015 Statkraft speră să construiască o centrală electrică care să furnizeze energie electrică unui sat de 10.000 de case private.

Printre provocările viitoare se numără căutarea unor membrane mai eficiente din punct de vedere energetic. Pentru cei utilizați la stația din Hurum, care se află la 60 km sud de Oslo, această cifră este de 1 W/m2. După ceva timp, Statkraft va crește puterea la 2-3 wați, dar pentru a ajunge la un nivel rentabil, trebuie să obțineți 5 wați.

Osmoză (din cuvântul grecesc Osmos - împingere, presiune), difuzie a unei substanțe, de obicei un solvent, printr-o membrană semipermeabilă care separă o soluție și un solvent pur sau două soluții de concentrații diferite. Membrană semi-permeabilă - o partiție care permite trecerea moleculelor mici de solvent, dar este impermeabilă la moleculele mari de solut. Fenomenul de osmoză (nivelarea concentrațiilor de soluții separate printr-o membrană semipermeabilă) stă la baza metabolismului tuturor organismelor vii. De exemplu, pereții celulari ai plantelor, animalelor și oamenilor sunt o membrană naturală care este parțial permeabilă, deoarece permite moleculelor de apă să treacă, dar nu și moleculelor de alte substanțe. Când rădăcinile plantelor absorb apa, pereții lor celulari formează o membrană osmotică naturală care permite trecerea moleculelor de apă și respinge majoritatea impurităților. Ierburile și florile stau în poziție verticală doar datorită așa-numitei presiuni osmotice. Prin urmare, cu lipsa apei, par ofilite și letargice. Capacitatea de filtrare a membranei naturale este unică, separă substanțele de apă la nivel molecular și aceasta este ceea ce permite oricărui organism viu să existe.

Utilizarea membranelor pentru separarea unei componente a unei soluții de alta este cunoscută de foarte mult timp. În primul, Aristotel a descoperit că apa de mare devine desalinizată atunci când este trecută prin pereții unui vas de ceară. Studiul acestui fenomen și al altor procese membranare a început mult mai târziu, la începutul secolului al XVIII-lea, când Réaumur a folosit membrane semipermeabile de origine naturală în scopuri științifice. Dar până la mijlocul anilor 20 ai secolului trecut, toate aceste procese aveau un interes pur teoretic, nu depășind laboratoarele. În 1927, compania germană „Sartorius” a primit primele mostre de membrane artificiale. Și abia la mijlocul secolului trecut, dezvoltatorii americani au lansat producția de acetat de celuloză și membrane de nitroceluloză. La sfârșitul anilor 1950 și începutul anilor 1960, odată cu începerea producției pe scară largă a materialelor polimerice sintetice, au apărut primele lucrări științifice, care au stat la baza aplicării industriale a osmozei inverse.

Primele sisteme industriale de osmoză inversă au apărut abia la începutul anilor 1970, deci aceasta este o tehnologie relativ tânără în comparație cu același schimb de ioni sau adsorbție pe cărbuni activi. Cu toate acestea, în țările occidentale, osmoza inversă a devenit una dintre cele mai economice, versatile și fiabile metode de purificare a apei, ceea ce vă permite să reduceți concentrația componentelor în apă cu 96-99% și să scăpați de microorganisme și viruși aproape cu aproape. 100%. Mecanismul de transfer al moleculelor de apă printr-o membrană osmotică este cel mai adesea o filtrare convențională, în care sunt reținute particule mai mari decât diametrul membranei porosmotice. Egalizarea concentrațiilor pe ambele părți ale unei astfel de membrane este posibilă numai cu difuzia unidirecțională a solventului. Prin urmare, osmoza trece întotdeauna de la un solvent pur la o soluție sau de la o soluție diluată la o soluție concentrată. În special, fenomenul de osmoză se observă atunci când două soluții de sare cu concentrații diferite sunt separate printr-o membrană semi-permeabilă. Această membrană permite trecerea moleculelor și ionilor de o anumită dimensiune, dar servește ca o barieră pentru substanțele cu molecule mai mari. Astfel, moleculele de apă sunt capabile să pătrundă în membrană, dar moleculele de sare dizolvate în apă nu sunt. Dacă există soluții saline de apă cu diferite concentrații de sare pe părțile opuse ale unei membrane semipermeabile, moleculele de apă se vor deplasa prin membrană de la o soluție slab concentrată la una mai concentrată, determinând o creștere a nivelului lichidului în aceasta din urmă. Prin fenomenul de osmoză se observă procesul de pătrundere a apei prin membrană chiar și atunci când ambele soluții sunt sub aceeași presiune externă. Diferența de înălțime a nivelurilor a două soluții de concentrații diferite este proporțională cu forța sub care trece apa prin membrană. Această forță se numește „presiune osmotică”. Pe Orez. 23.1. Este prezentată o diagramă care ilustrează fenomenul de osmoză.

Orez. 23.1.

Principiul de funcționare al unei centrale osmotice se bazează pe formarea presiunii osmotice. În locurile în care râul se varsă în mare, apa dulce de râu se amestecă pur și simplu cu apa de mare sărată și nu există nicio presiune care ar putea servi drept sursă de energie. Cu toate acestea, dacă, înainte de amestecare, apa de mare și apa dulce sunt separate printr-un filtru - o membrană specială care permite trecerea apei, dar nu trece prin sare, atunci se poate realiza dorința de soluții pentru echilibrul termodinamic și egalizarea concentrațiilor. numai datorită faptului că apa va pătrunde în soluția de sare, iar sarea în apa dulce nu va intra. Între cele două rezervoare este plasată o membrană specială care permite trecerea apei, dar impermeabilă la moleculele de sare. Unul dintre ele este umplut cu apă dulce, celălalt este umplut cu apă sărată. Deoarece un astfel de sistem tinde să se echilibreze, apa mai sărată trage apa proaspătă din rezervor. Dacă acest lucru se întâmplă într-un rezervor închis, atunci apare presiunea hidrostatică în exces din partea apei mării. În același timp, apare presiunea, creează un flux de apă. Dacă acum instalăm o turbină cu un generator, excesul de presiune va roti palele turbinei și va produce energie electrică. Orez. 23.2. Este prezentată o diagramă simplificată a stației osmotice. Pe aceasta Fig.: 1 - apa de mare; 2 apă de râu; 3 - filtre; 4 - membrana; 5 - camera de lucru; 6 - producția de apă uzată a râului; 7 - turbină cu generator electric; 8 - ieșire.

Orez. 23.2.

Evoluții teoretice în acest domeniu au apărut încă de la începutul secolului al XX-lea, dar principalul lucru lipsea pentru implementarea lor - o membrană osmotică adecvată. O astfel de membrană trebuia să reziste la o presiune de 20 de ori mai mare decât presiunea unei surse convenționale de apă menajeră și să aibă o porozitate foarte mare. Crearea de materiale cu proprietăți similare a devenit posibilă odată cu dezvoltarea tehnologiilor de producere a polimerilor sintetici. Într-adevăr, grosimea membranei efective este de aproximativ 0,1 micrometri. Pentru comparație: un păr uman are un diametru de 50 până la 100 de micrometri. Această peliculă cea mai subțire este cea care separă în cele din urmă apa de mare de apa dulce. Este clar că o astfel de membrană subțire nu poate rezista singură la presiunea osmotică ridicată. Prin urmare, se aplică pe o bază poroasă asemănătoare unui burete, dar extrem de durabilă. Apropo, o membrană pentru osmoză directă nu este un perete subțire, care este desenat pe diagrame simplificate, ci o rolă lungă închisă într-un corp cilindric. Legătura cu carena se realizează în așa fel încât în ​​toate straturile rolei să existe întotdeauna apă dulce pe o parte a membranei și apă de mare pe cealaltă parte, așa cum se arată în Orez. 23.3. Pe această Fig.: 1 - apă dulce; 2 - apa de mare; 3 - membrana. Pe Orez. 23.4. Este prezentat dispozitivul membranei plasat într-o carcasă metalică, de formă cilindrică. Pe această Fig.: 1 - apă dulce; 2 - apa de mare; 3 - membrana; 4 - carcasa metalica. Membranele compozite utilizate în prezent pot reduce semnificativ rezistența hidrodinamică. În ele se depune chimic un strat selectiv subțire pe o bază (substrat) poroasă. Grosimea stratului selectiv este de 0,1-1,0 µm, iar grosimea bazei poroase este de 50-150 µm. Substratul nu creează practic nicio rezistență la curgere din cauza porilor largi, iar rezistența stratului selectiv este semnificativ redusă datorită unei reduceri semnificative a grosimii sale. În general, structura compozită a membranei oferă rezistență mecanică datorită

Orez. 23.3.

Orez. 23.4.

grosimea substratului poros și, în plus, permite reducerea rezistenței globale a membranei datorită subțirii stratului selectiv. Stratul selectiv de membrane de osmoză inversă este realizat din material poliamidă.

Pe Fig. 23.S. este prezentat dispozitivul unei stații osmotice, acesta folosește membrane laminate.

Pe această Fig.: 1 - introducerea apei de mare; 2 - introducerea apei de râu; 3 - filtre; 4 - role membrane; 5 - camera etansa cu presiune osmotica mare; 6- turbina cu generator electric.

În 2009, în Toft, Norvegia, a început să funcționeze prima centrală electrică din lume, folosind diferența de salinitate dintre apa de mare și apa dulce pentru a genera electricitate. În centrala osmotică construită, în compartimentul cu apă de mare, se creează o presiune echivalentă cu presiunea unei coloane de apă de 120 de metri înălțime. Această presiune antrenează arborele turbinei care este conectat la un generator electric. Apa proaspătă curge prin gravitație către membrană. Aportul de apă de mare se realizează în Toft de la adâncimi de 35 până la 50 de metri - în acest strat salinitatea sa este optimă. În plus, acolo este mult mai curat decât la suprafață. Dar, în ciuda acestui fapt, membranele stației necesită curățare regulată de reziduurile organice, își înfundă microporii. Până în prezent, această stație osmotică produce aproximativ 1 kW de energie. În viitorul apropiat, această cifră poate crește la 2-4 kW. Pentru a putea vorbi despre rentabilitatea producției, este necesar

Orez. 23.5. Stație osmotică cu membrane laminate

obține o putere de aproximativ 5 kW. Cu toate acestea, aceasta este o provocare foarte reală. Până în 2015, este planificată construirea unei centrale mari care va genera 25 MW, care va furniza energie electrică la 10.000 de gospodării medii. În viitor, se presupune că centralele osmotice vor deveni atât de puternice încât vor putea produce 1700 TW pe an, atât cât produce în prezent jumătate din Europa.

Avantajele stațiilor osmotice. În primul rând, apa sărată (apa de mare obișnuită este potrivită pentru funcționarea stației) este o resursă naturală inepuizabilă. Suprafața Pământului este acoperită în proporție de 94% cu apă, din care 97% sărată, așa că va exista întotdeauna combustibil pentru astfel de stații. În al doilea rând, construcția de centrale osmotice nu necesită construirea unor structuri hidraulice speciale. Ecologicul acestei metode de generare a energiei electrice. Fără deșeuri, materiale oxidate din rezervor, vapori nocivi. Centralele osmotice pot fi instalate chiar și în interiorul orașului fără a provoca pagube locuitorilor săi.

Recent, Japonia a anunțat că intenționează să producă energie folosind stații de osmoză. Japonia este înconjurată din toate părțile de ocean, în care se varsă numeroase râuri. Deoarece acestea curg constant, procesul de generare a energiei electrice va deveni continuu. Printre avantajele metodei osmotice de obținere a energiei se numără independența față de teren, stația urmând să poată lucra pe câmpie. Principalele sunt condițiile geografice în care are loc amestecul de apă dulce și sărată. Astfel, centralele osmotice pot fi instalate în orice zonă din Japonia unde râurile se varsă în ocean. Centrala de osmoză va putea produce 5-6 milioane de kW de energie, comparativ cu 5-6 centrale nucleare, potrivit lui Akihiko Tanioka, profesor la Universitatea Tehnică din Tokyo. În plus, Japonia este unul dintre principalii producători de membrane osmotice. Acum, companiile japoneze reprezintă 70% din importurile globale de membrane.