Pri premýšľaní o obnoviteľnej energii sa okamžite vybaví energia vetra, slnka, prílivu a odlivu a zariadeniami, ktoré ich premieňajú, sú dnes už známe veterné elektrárne, solárne fotovoltické konvertory, vodné turbíny. To všetko sa už masovo využíva po celom svete. Tým ale zoznam obnoviteľných zdrojov energie nekončí. Existuje ešte jeden druh výroby energie, ktorý sa ešte nerozšíril, ale to je záležitosť budúcnosti – ide o osmotickú energiu.

Nedávno sa stalo známe, že v Nórsku bola spustená prvá elektráreň na svete, ktorá umožňuje získavať energiu z rozdielu v koncentrácii soli v sladkej a slanej vode. Výroba elektriny sa uskutočňuje v dôsledku fenoménu osmózy. Stanica sa nachádza neďaleko hlavného mesta Nórska Oslo na brehu Oslo fjordu. Investorom stavby bola nórska energetická spoločnosť Statkraft, ktorá je tretím najväčším výrobcom energetických zdrojov v škandinávskom regióne a zároveň najväčším výrobcom energie na báze obnoviteľných zdrojov energie v Európe. Táto správa bola dôvodom na napísanie tohto článku.

Čo je teda osmotická energia?

Osmotická energia je energia získaná v dôsledku osmózy alebo, ako môžete povedať, v dôsledku procesu difúzie rozpúšťadla z menej koncentrovaného roztoku do koncentrovanejšieho roztoku.

Podľa Wikipedia.org je fenomén osmózy pozorovaný v tých prostrediach, kde je pohyblivosť rozpúšťadla väčšia ako pohyblivosť rozpustených látok. Dôležitým špeciálnym prípadom osmózy je osmóza cez semipermeabilnú membránu. Nazývajú sa polopriepustné membrány, ktoré majú dostatočne vysokú priepustnosť nie pre všetky, ale iba pre niektoré látky, najmä pre rozpúšťadlo.

Osmóza hrá dôležitú úlohu v biologických procesoch. Vďaka nemu sa živiny dostávajú do bunky a naopak - nepotrebné sú odstránené. Prostredníctvom osmózy absorbujú listy rastlín vlhkosť.

Osmotická energia označuje obnoviteľný zdroj, ktorý na rozdiel od slnečnej alebo veternej energie produkuje predvídateľné a udržateľné množstvo energie bez ohľadu na počasie. A to je jedna z hlavných výhod tejto technológie.

Prečo sa osmóza nepoužívala na výrobu energie skôr, ale až teraz?

Hlavný problém spočíva v účinnosti a cene použitých membrán. Toto je kameň úrazu. Elektrina sa vyrába v generátoroch napájaných slanou vodou z nádrží, kde sa mieša sladká a slaná voda. Čím rýchlejší je proces miešania, čím rýchlejšie je voda dodávaná do turbín, tým viac energie možno získať.

Myšlienka vyrábať energiu pomocou osmózy sa objavila v 70. rokoch minulého storočia. Ale vtedy ešte membrány neboli dostatočne účinné, ako sú dnes.

Osmotická elektráreň v Nórsku

Vybudovaná experimentálna elektráreň využíva rozdiel v koncentrácii soli v sladkej a slanej vode. Morská a riečna voda sa posiela do komory oddelenej membránou. V dôsledku fenoménu osmózy majú molekuly tendenciu presúvať sa do oblasti komory, kde je koncentrácia rozpustených látok, v tomto prípade soli, vyššia. Tento proces má za následok zväčšenie objemu v oddelení slanej vody. V dôsledku toho sa vytvára zvýšený tlak, ktorý vytvára tlak ekvivalentný nárazu vodného stĺpca vysokého 120 metrov. Tento tlak sa posiela do turbíny, ktorá otáča generátor.

Vybudovaná elektrocentrála využíva membránu s účinnosťou 2-3 W/m2. Preto je hlavnou úlohou nájsť účinnejšie membrány. Na to, aby bolo využitie osmotickej energie prospešné, je podľa výskumníkov potrebné dosiahnuť účinnosť membrány viac ako 5 wattov/m2.

Teraz stanica nevyrába veľa energie - 4 kW. Do budúcna sa plánuje neustále zvyšovanie kapacity. Ststkraft plánuje do roku 2015 posunúť stanicu na sebestačnú úroveň.

Medzi nevýhody patrí fakt, že nie všade je možné postaviť takúto elektráreň. Koniec koncov, toto vyžaduje súčasne dva zdroje vody - sladkú a slanú. Preto je výstavba nemožná v hlbinách kontinentu, ale iba na pobreží v blízkosti zdroja slanej vody. V budúcnosti sa plánuje vytvorenie membrán, ktoré využívajú rozdiel v koncentrácii soli iba morskej vody.

Ďalším nedostatkom je účinnosť stanice, ktorá súvisí predovšetkým s účinnosťou použitých membrán.

Úlohou stanice je najmä výskum a vývoj technológií pre komerčné aplikácie v budúcnosti. Toto je určite krok vpred. Veď svetový potenciál osmotickej energie sa podľa Statkrafta odhaduje na 1600 – 1700 TWh energie ročne, čo zodpovedá 50 percentám celkovej produkcie energie v Európskej únii.

Na svete je zatiaľ iba jeden funkčný prototyp osmotickej elektrárne. Ale v budúcnosti ich budú stovky.

Princíp činnosti osmotickej elektrárne

Prevádzka elektrárne je založená na osmotickom efekte - vlastnosti špeciálne navrhnutých membrán prepúšťať len určité častice. Napríklad medzi dve nádoby nainštalujeme membránu a do jednej nalejeme destilovanú vodu a do druhej soľný roztok. Molekuly vody budú voľne prechádzať cez membránu, ale častice soli nie. A keďže v takejto situácii budú mať kvapaliny tendenciu vyrovnávať sa, čoskoro sa čerstvá voda roztečie samospádom do oboch nádob.

Ak je rozdiel v zložení roztokov veľmi veľký, potom bude prietok kvapaliny cez membránu dosť silný. Umiestnením vodnej turbíny do jej dráhy je možné vyrábať elektrinu. Toto je najjednoduchší dizajn osmotickej elektrárne. Momentálne je pre ňu optimálnou surovinou slaná morská voda a sladká riečna voda – obnoviteľné zdroje energie.

Experimentálna elektráreň tohto typu bola postavená v roku 2009 neďaleko nórskeho mesta Oslo. Jeho výkon je nízky - 4 kW alebo 1 W z 1 m2. membrány. V blízkej budúcnosti sa tento ukazovateľ zvýši na 5 W na 1 m2. Do roku 2015 plánujú Nóri postaviť komerčnú elektráreň na osmózu s výkonom asi 25 MW.

Perspektívy využitia tohto zdroja energie

Hlavnou výhodou IPS oproti iným typom elektrární je použitie extrémne lacných surovín. V skutočnosti je to zadarmo, pretože 92 – 93 % povrchu planéty je pokrytých slanou vodou a sladkú vodu je ľahké získať pomocou rovnakého spôsobu osmotického tlaku v inej inštalácii. Inštaláciou elektrárne pri ústí rieky, ktorá sa vlieva do mora, sa dajú jedným ťahom vyriešiť všetky problémy s dodávkami surovín. Klimatické podmienky pre prevádzku IPS nie sú dôležité - pokiaľ voda tečie, inštalácia funguje.

Zároveň nevznikajú žiadne toxické látky - na výstupe sa tvorí rovnaká slaná voda. ECO je absolútne šetrné k životnému prostrediu, môže byť inštalované v tesnej blízkosti obytných oblastí. Elektráreň neškodí zveri a na jej výstavbu nie je potrebné blokovať rieky priehradami, ako je to v prípade vodných elektrární. A nízka účinnosť elektrárne je ľahko kompenzovaná hromadným charakterom takýchto zariadení.

Fenomén osmózy sa v priemyselnom meradle využíva už viac ako 40 rokov. Len to nie je klasická priama osmóza Abbé Nolleho, ale takzvaná reverzná osmóza - umelý proces prenikania rozpúšťadla z koncentrovaného do zriedeného roztoku pod vplyvom tlaku presahujúceho prirodzený osmotický tlak. Táto technológia sa používa v odsoľovacích a čistiacich zariadeniach od začiatku 70. rokov minulého storočia. Slaná morská voda je vstrekovaná na špeciálnu membránu a prechodom cez jej póry je zbavená významného podielu minerálnych solí a zároveň baktérií a dokonca aj vírusov. Čerpanie slanej alebo znečistenej vody si vyžaduje veľa energie, ale hra stojí za sviečku – na planéte je veľa regiónov, kde je nedostatok pitnej vody akútnym problémom.

Je ťažké uveriť, že rozdiel v koncentrácii dvoch roztokov môže vytvoriť vážnu silu, ale je to pravda: osmotický tlak môže zvýšiť hladinu morskej vody o 120 m.

Experimenty s premenou osmotického tlaku na elektrickú energiu vykonávali rôzne vedecké skupiny a spoločnosti už od začiatku 70. rokov 20. storočia. Principiálna schéma tohto procesu bola zrejmá: prúdenie čerstvej (riečnej) vody, prenikajúce cez póry membrány, zvyšuje tlak v nádrži s morskou vodou, čím umožňuje roztočenie turbíny. Odpadová brakická voda sa potom hádže do mora. Jediným problémom bolo, že klasické membrány pre PRO (Pressure retarded osmosis) boli príliš drahé, rozmarné a neposkytovali potrebný prietokový výkon. Veci sa rozbehli koncom 80. rokov, keď sa tejto úlohy ujali nórski chemici Thorleif Holt a Thor Thorsen z inštitútu SINTEF.

Na schematických obrázkoch je osmotická membrána nakreslená ako stena. V skutočnosti ide o rolku uzavretú vo valcovom tele. V jej viacvrstvovej štruktúre sa striedajú vrstvy sladkej a slanej vody.

Membrány Loeb vyžadovali klinický stupeň na udržanie špičkového výkonu. Konštrukcia membránového modulu odsoľovacej stanice zabezpečovala povinnú prítomnosť primárneho hrubého filtra a výkonného čerpadla, ktoré odvádzalo nečistoty z pracovnej plochy membrány.

Holt a Thorsen, ktorí analyzovali vlastnosti najsľubnejších materiálov, sa rozhodli pre lacný modifikovaný polyetylén. Ich publikácie vo vedeckých časopisoch zaujali Statcraft a nórski chemici boli pozvaní, aby pokračovali vo svojej práci pod záštitou energetickej spoločnosti. V roku 2001 získal membránový program Statcraft vládny grant. Získané prostriedky boli použité na vybudovanie experimentálnej osmotickej jednotky v Sunndalsiore na testovanie vzoriek membrán a testovanie technológie ako celku. Aktívna plocha v ňom bola niečo cez 200 m2.

Rozdiel medzi slanosťou (z vedeckého hľadiska gradient slanosti) sladkej a morskej vody je základným princípom fungovania osmotickej elektrárne. Čím je väčšia, tým väčší je objem a prietok na membráne, a teda aj množstvo energie generovanej hydroturbínou. V Toft tečie čerstvá voda gravitačne k membráne, následkom osmózy sa dramaticky zvyšuje tlak morskej vody na druhej strane. Sila osmózy je kolosálna – tlak dokáže zdvihnúť hladinu morskej vody o 120 m.

Ďalej sa výsledná zriedená morská voda rúti cez rozdeľovač tlaku k lopatkám turbíny a po tom, čo im dala všetku svoju energiu, je hodená do mora. Rozdeľovač tlaku odoberá časť energie prúdenia a roztáča čerpadlá čerpajúce morskú vodu. Takto je možné výrazne zvýšiť efektivitu stanice. Rick Stover, hlavný technológ spoločnosti Energy Recovery, ktorá vyrába takéto zariadenia pre odsoľovacie zariadenia, odhaduje, že účinnosť prenosu energie distribútorov sa blíži k 98 %. Presne tie isté zariadenia počas odsoľovania pomáhajú dodávať pitnú vodu do obytných budov.

Ako poznamenáva Skillhagen, v ideálnom prípade by sa osmotické elektrárne mali kombinovať s odsoľovacími zariadeniami – slanosť zvyškovej morskej vody v nich je 10-krát vyššia ako prirodzená úroveň. V takomto tandeme sa účinnosť výroby energie zvýši najmenej dvakrát.

Stavebné práce v Tofte sa začali na jeseň 2008. V areáli celulózky Sódra Cell bol prenajatý voľný sklad. Na prvom poschodí bola usporiadaná kaskáda sieťových a kremenných filtrov na čistenie riečnej a morskej vody a na druhom poschodí strojovňa. V decembri toho istého roku sa uskutočnilo zdvíhanie a montáž membránových modulov a rozdeľovača tlaku. Vo februári 2009 skupina potápačov položila dve paralelné potrubia pozdĺž dna zálivu - pre sladkú a morskú vodu.

Príjem morskej vody sa vykonáva v Toft z hĺbok 35 až 50 m - v tejto vrstve je jej slanosť optimálna. Navyše je tam oveľa čistejšie ako na povrchu. Napriek tomu však membrány stanice vyžadujú pravidelné čistenie od organických zvyškov, ktoré upchávajú mikropóry.

Od apríla 2009 je elektráreň prevádzkovaná v skúšobnom režime a v novembri sa ľahkou rukou princeznej Mette-Marit rozbehla naplno. Skillhagen ubezpečuje, že po Tofte bude mať Statcraft ďalšie podobné, no pokročilejšie projekty. A nielen v Nórsku. Podzemný komplex o veľkosti futbalového ihriska je podľa neho schopný nepretržite zásobovať elektrinou celé mesto s 15 000 individuálnymi domami. Navyše, na rozdiel od veterných mlynov, takáto osmotická inštalácia je prakticky tichá, nemení obvyklú krajinu a neovplyvňuje ľudské zdravie. A o doplnenie zásob slanej a sladkej vody v nej sa postará sama príroda.

V nadpise nie je chyba, nie z "vesmíru", ale z "osmózy"

Každý deň sme presvedčení, že sme obklopení množstvom tých najneočakávanejších zdrojov obnoviteľnej energie. Okrem Slnka, vetra, prúdov a prílivu a odlivu možno na výrobu elektriny použiť aj generátory, ktoré bežia na soľ – alebo skôr na rozdiel, ktorý vytvára medzi sladkou a morskou vodou. Tento rozdiel sa nazýva gradient salinity a vďaka fenoménu osmózy ho možno využiť na získanie prebytočného tlaku kvapaliny, ktorý sa konvenčnými turbínami premieňa na elektrickú energiu.

Existuje niekoľko spôsobov, ako premeniť energiu gradientu salinity na elektrinu. Najsľubnejšia pre dnešok je konverzia za asistencie osmózy, preto sa energia gradientu salinity často označuje ako energia osmózy. V zásade sú však možné aj iné spôsoby premeny energie gradientu salinity.

Fenomén osmózy je nasledujúci. Ak vezmete polopriepustnú membránu (membránu) a umiestnite ju ako prepážku do nádoby medzi sladkou a slanou vodou, potom osmotické sily začnú akoby prečerpávať sladkú vodu do slanej vody. Molekuly sladkej vody prejdú cez separačnú membránu do druhej polovice nádoby naplnenej slanou vodou a membrána neprepustí molekuly soli do prvej polovice so sladkou vodou. Pre túto vlastnosť sa membrána nazýva polopriepustná. Energia uvoľnená pri tomto procese sa prejavuje vo forme zvýšeného tlaku, ktorý vzniká v časti nádoby so slanou vodou. Ide o osmotický tlak (niekedy nazývaný osmotický vodopád). Maximálna hodnota osmotického tlaku je tlakový rozdiel medzi roztokom (t.j. slanou vodou) a rozpúšťadlom (t.j. sladkou vodou), pri ktorom sa osmóza zastaví, ku ktorému dochádza v dôsledku vytvorenia tlakovej rovnosti na oboch stranách semipermeabilnej membrány. Výsledný zvýšený tlak v polovici nádoby so slanou vodou vyrovnáva osmotické sily, ktoré tlačili molekuly sladkej vody cez polopriepustnú membránu do slanej vody.

Fenomén osmózy je známy už dlho. Prvýkrát ho pozoroval A. Podlo v roku 1748, no s podrobným štúdiom sa začalo až o viac ako storočie neskôr. V roku 1877 W. Pfeffer prvýkrát zmeral osmotický tlak pri štúdiu vodných roztokov trstinového cukru. V roku 1887 van't Hoff na základe Pfefferových pokusov stanovil zákon, ktorý určuje osmotický tlak v závislosti od koncentrácie rozpustenej látky a teploty. Ukázal, že osmotický tlak roztoku sa číselne rovná tlaku, ktorý by vyvinuli molekuly rozpustenej látky, keby boli v plynnom stave pri rovnakých hodnotách teploty a koncentrácie.

Na získanie osmotickej energie je potrebné mať zdroj s nízkou koncentráciou soli v blízkosti viac či menej koncentrovaného roztoku. V podmienkach Svetového oceánu sú takýmito zdrojmi ústia riek, ktoré do neho tečú.

Energia gradientu slanosti vypočítaná z osmotického tlaku nepodlieha obmedzeniam účinnosti spojeným s Carnotovým cyklom; to je jedna z pozitívnych vlastností tohto typu energie. Otázkou je, ako ho najlepšie premeniť na elektrickú energiu.

V Nórsku bola nedávno otvorená prvá elektráreň na svete využívajúca na výrobu elektriny osmózu. Súčasný prototyp elektrárne, ktorý pri svojej práci používa iba slanú a sladkú vodu, bude generovať 2-4 kilowatty, no v budúcnosti sa toto číslo výrazne zvýši.Na výrobu energie stanica postavená nórskou spoločnosťou Statkraft využíva tzv. fenomén osmózy, teda pohyb roztokov cez membránu na stranu s vyššou koncentráciou soli. Keďže koncentrácia solí v obyčajnej morskej vode je vyššia ako v sladkej vode, vzniká medzi sladkou a slanou vodou oddelenou membránou fenomén osmózy a pohyb vodného prúdu spôsobuje, že turbína generuje energiu na prácu. už spustený prototyp je malý a predstavuje dve až štyri kilowatthodiny. Ako vysvetlil projektový manažér Stein Erik Skilhagen, spoločnosť nemala za cieľ okamžite postaviť elektráreň v priemyselnom meradle, dôležitejšie bolo ukázať, že táto technológia sa dá v princípe použiť v energetickom sektore. Podľa výpočtov inžinierov je dnes možné postaviť osmotickú elektráreň s výkonom 1700 kilowattov za hodinu. Zároveň na rozdiel od iných staníc na alternatívnych zdrojoch energie – slnečnej či veternej – nebude mať počasie žiadny vplyv na prevádzku stanice. Výkon existujúceho prototypu je dostatočný na to, aby zabezpečil elektrinu len pre kávovar, ale do roku 2015 Statkraft dúfa, že postaví elektráreň, ktorá bude zásobovať elektrinou dedinu s 10 000 súkromnými domami.

Medzi výzvy, ktoré nás čakajú, patrí hľadanie energeticky účinnejších membrán. Pre tie, ktoré sa používajú na stanici v Hurume, ktorá je 60 km južne od Osla, je toto číslo 1 W / m2. Po určitom čase Statkraft zvýši výkon na 2-3 watty, ale aby ste dosiahli cenovo výhodnú úroveň, musíte dosiahnuť 5 wattov.

Osmóza (z gréckeho slova Osmos - tlak, tlak), difúzia látky, zvyčajne rozpúšťadla, cez polopriepustnú membránu, ktorá oddeľuje roztok a čisté rozpúšťadlo alebo dva roztoky rôznych koncentrácií. Polopriepustná membrána – prepážka, ktorá prepúšťa malé molekuly rozpúšťadla, ale je nepriepustná pre veľké molekuly rozpustenej látky. Fenomén osmózy (vyrovnávanie koncentrácií roztokov oddelených polopriepustnou membránou) je základom metabolizmu všetkých živých organizmov. Napríklad bunkové steny rastlín, zvierat a ľudí sú prirodzenou membránou, ktorá je čiastočne priepustná, pretože cez ňu voľne prechádzajú molekuly vody, nie však molekuly iných látok. Keď korene rastlín absorbujú vodu, ich bunkové steny vytvoria prirodzenú osmotickú membránu, ktorá umožňuje molekulám vody prechádzať a odstraňuje väčšinu nečistôt. Byliny a kvety stoja vzpriamene len vďaka takzvanému osmotickému tlaku. Preto pri nedostatku vody vyzerajú zvädnuté a letargické. Filtračná schopnosť prírodnej membrány je jedinečná, oddeľuje látky z vody na molekulárnej úrovni a to umožňuje existenciu každého živého organizmu.

Použitie membrán na oddelenie jednej zložky roztoku od druhej je známe už veľmi dlho. V prvom Aristoteles zistil, že morská voda sa odsoľuje, keď prechádza cez steny voskovej nádoby. Štúdium tohto javu a ďalších membránových procesov sa začalo oveľa neskôr, začiatkom 18. storočia, keď Réaumur použil na vedecké účely polopriepustné membrány prírodného pôvodu. Ale v polovici 20. rokov minulého storočia boli všetky tieto procesy čisto teoretického záujmu a nepresahovali rámec laboratórií. V roku 1927 dostala nemecká spoločnosť "Sartorius" prvé vzorky umelých membrán. A až v polovici minulého storočia americkí vývojári spustili výrobu membrán z acetátu celulózy a nitrocelulózy. Koncom 50. a začiatkom 60. rokov 20. storočia, so spustením širokej výroby syntetických polymérnych materiálov, sa objavili prvé vedecké práce, ktoré vytvorili základ pre priemyselnú aplikáciu reverznej osmózy.

Prvé priemyselné systémy reverznej osmózy sa objavili až začiatkom 70. rokov 20. storočia, ide teda o relatívne mladú technológiu v porovnaní s rovnakou iónovou výmenou či adsorpciou na aktívnom uhlí. V západných krajinách sa však reverzná osmóza stala jednou z najúspornejších, najuniverzálnejších a najspoľahlivejších metód čistenia vody, ktorá vám umožňuje znížiť koncentráciu zložiek vo vode o 96-99% a zbaviť sa mikroorganizmov a vírusov takmer o 96-99%. 100 %. Mechanizmom prenosu molekúl vody cez osmotickú membránu je najčastejšie klasická filtrácia, pri ktorej sa zadržia častice väčšie ako je priemer porozmotickej membrány. Vyrovnanie koncentrácií na oboch stranách takejto membrány je možné len pri jednosmernej difúzii rozpúšťadla. Preto osmóza vždy prechádza z čistého rozpúšťadla do roztoku alebo zo zriedeného roztoku do koncentrovaného roztoku. Fenomén osmózy sa pozoruje najmä vtedy, keď sú dva roztoky solí s rôznymi koncentráciami oddelené polopriepustnou membránou. Táto membrána umožňuje prechod molekúl a iónov určitej veľkosti, ale slúži ako bariéra pre látky s väčšími molekulami. Molekuly vody sú teda schopné preniknúť cez membránu, ale molekuly soli rozpustené vo vode nie. Ak sú na opačných stranách semipermeabilnej membrány soľné roztoky vody s rôznymi koncentráciami solí, molekuly vody sa budú pohybovať cez membránu zo slabo koncentrovaného roztoku do koncentrovanejšieho, čo spôsobí zvýšenie hladiny kvapaliny v posledne menovanom. Prostredníctvom fenoménu osmózy sa proces prenikania vody cez membránu pozoruje aj vtedy, keď sú oba roztoky pod rovnakým vonkajším tlakom. Rozdiel vo výške hladín dvoch roztokov rôznych koncentrácií je úmerný sile, pod ktorou voda prechádza cez membránu. Táto sila sa nazýva "osmotický tlak". Na Ryža. 23.1. Je uvedený diagram ilustrujúci fenomén osmózy.

Ryža. 23.1.

Princíp činnosti osmotickej elektrárne je založený na vytváraní osmotického tlaku. V miestach, kde sa rieka vlieva do mora, sa čerstvá riečna voda jednoducho mieša so slanou morskou vodou a nevzniká tlak, ktorý by mohol slúžiť ako zdroj energie. Ak je však pred zmiešaním morská voda a sladká voda oddelené filtrom - špeciálnou membránou, ktorá prepúšťa vodu, ale neprepúšťa soľ, potom je možné realizovať túžbu riešení po termodynamickej rovnováhe a vyrovnaní koncentrácií. len preto, že voda prenikne do soľného roztoku a soľ do sladkej vody nevnikne. Medzi oboma nádržami je umiestnená špeciálna membrána, ktorá prepúšťa vodu, ale je nepriepustná pre molekuly soli. Jedna z nich je naplnená sladkou vodou, druhá je naplnená slanou vodou. Keďže takýto systém má tendenciu vyrovnávať sa, slanejšia voda vytiahne čerstvú vodu zo zásobníka. Ak sa to stane v uzavretej nádrži, potom zo strany morskej vody vzniká nadmerný hydrostatický tlak. Súčasne sa objaví tlak, vytvorí sa prúd vody. Ak teraz nainštalujeme turbínu s generátorom, pretlak bude otáčať lopatky turbíny a vyrábať elektrinu. Ryža. 23.2. Je znázornená zjednodušená schéma osmotickej stanice. Na tomto obr.: 1 - morská voda; 2 riečna voda; 3 - filtre; 4 - membrána; 5 - pracovná komora; 6 - výstup odpadových riečnych vôd; 7 - turbína s elektrickým generátorom; 8 - výstup.

Ryža. 23.2.

Teoretický vývoj v tejto oblasti sa objavil už začiatkom 20. storočia, no k ich realizácii chýbala hlavne vhodná osmotická membrána. Takáto membrána musela odolať tlaku 20-násobku tlaku bežného domáceho vodovodu a mala veľmi vysokú pórovitosť. Vytváranie materiálov s podobnými vlastnosťami sa stalo možným s rozvojom technológií na výrobu syntetických polymérov. V skutočnosti je hrúbka účinnej membrány asi 0,1 mikrometra. Pre porovnanie: ľudský vlas má priemer 50 až 100 mikrometrov. Práve tento najtenší film v konečnom dôsledku oddeľuje morskú vodu od sladkej. Je jasné, že taká tenká membrána sama o sebe nevydrží vysoký osmotický tlak. Preto sa nanáša na porézny hubovitý, no mimoriadne odolný podklad. Mimochodom, membrána pre priamu osmózu nie je tenká stena, ktorá je nakreslená na zjednodušených diagramoch, ale dlhý valec uzavretý vo valcovom tele. Spojenie s trupom je urobené tak, že vo všetkých vrstvách role je vždy na jednej strane membrány sladká voda a na druhej strane morská voda, ako je znázornené na obr. Ryža. 23.3. Na tomto obr.: 1 - sladká voda; 2 - morská voda; 3 - membrána. Na Ryža. 23.4. Je znázornené zariadenie membrány umiestnené v kovovom puzdre valcového tvaru. Na tomto obr.: 1 - sladká voda; 2 - morská voda; 3 - membrána; 4 - kovové puzdro. V súčasnosti používané kompozitné membrány dokážu výrazne znížiť hydrodynamický odpor. V nich je tenká selektívna vrstva nanesená chemicky na porézny podklad (substrát). Hrúbka selektívnej vrstvy je 0,1-1,0 um a hrúbka poréznej základne je 50-150 um. Substrát nevytvára vďaka širokým pórom prakticky žiadny odpor proti stekaniu a výrazne sa znižuje odolnosť selektívnej vrstvy v dôsledku výrazného zmenšenia jej hrúbky. Vo všeobecnosti kompozitná štruktúra membrány poskytuje mechanickú pevnosť v dôsledku

Ryža. 23.3.

Ryža. 23.4.

hrúbka porézneho substrátu a navyše umožňuje znížiť celkový odpor membrány vďaka tenkosti selektívnej vrstvy. Selektívna vrstva membrán reverznej osmózy je vyrobená z polyamidového materiálu.

Na obr. 23.S. je znázornené zariadenie osmotickej stanice, používa rolované membrány.

Na tomto obr.: 1 - prívod morskej vody; 2 - zavedenie riečnej vody; 3 - filtre; 4 - rolovacie membrány; 5 - utesnená komora s vysokým osmotickým tlakom; 6-turbína s elektrickým generátorom.

V roku 2009 v nórskom meste Toft začala fungovať prvá elektráreň na svete, ktorá na výrobu elektriny využívala rozdiel v slanosti medzi morskou a sladkou vodou. Vo vybudovanej osmotickej elektrárni sa v oddelení s morskou vodou vytvára tlak, ktorý je ekvivalentný tlaku vodného stĺpca vysokého 120 metrov. Tento tlak poháňa hriadeľ turbíny, ktorý je spojený s elektrickým generátorom. Sladká voda prúdi gravitačne k membráne. Príjem morskej vody sa vykonáva v Toft z hĺbok 35 až 50 metrov - v tejto vrstve je jej slanosť optimálna. Navyše je tam oveľa čistejšie ako na povrchu. Napriek tomu však membrány stanice vyžadujú pravidelné čistenie od organických zvyškov, upchávajú jej mikropóry. K dnešnému dňu táto osmotická stanica vyrába asi 1 kW energie. V blízkej budúcnosti sa toto číslo môže zvýšiť na 2-4 kW. Na to, aby sa dalo rozprávať o rentabilite výroby, je to nevyhnutné

Ryža. 23.5. Osmotická stanica s rolovanými membránami

získať výkon asi 5 kW. Toto je však veľmi reálna výzva. Do roku 2015 sa plánuje výstavba veľkej elektrárne s výkonom 25 MW, ktorá bude zásobovať elektrinou 10 000 priemerných domácností. V budúcnosti sa predpokladá, že osmotické elektrárne budú natoľko výkonné, že budú schopné vyrobiť 1700 TW ročne, čo v súčasnosti vyrába polovica Európy.

Výhody osmotických staníc. Po prvé, slaná voda (na prevádzku stanice je vhodná obyčajná morská voda) je nevyčerpateľný prírodný zdroj. Povrch Zeme je z 94% pokrytý vodou, z toho 97% je slaná, takže palivo pre takéto stanice bude vždy. Po druhé, výstavba osmotických elektrární nevyžaduje výstavbu špeciálnych hydraulických štruktúr. Ekologická šetrnosť tohto spôsobu výroby elektriny. Žiadny odpad, oxidované materiály nádrže, škodlivé výpary. Osmotické elektrárne môžu byť inštalované aj v rámci mesta bez toho, aby spôsobovali škody jeho obyvateľom.

Nedávno Japonsko oznámilo, že plánuje vyrábať energiu pomocou osmóznych staníc. Japonsko je zo všetkých strán obklopené oceánom, do ktorého sa vlievajú početné rieky. Pretože neustále prúdia, proces výroby elektriny sa stane nepretržitým. Medzi výhody osmotického spôsobu získavania energie patrí nezávislosť od terénu, stanica bude môcť pracovať na rovine. Hlavnými sú geografické podmienky, za ktorých dochádza k miešaniu sladkej a slanej vody. Osmotické elektrárne teda môžu byť inštalované v ktorejkoľvek oblasti Japonska, kde sa rieky vlievajú do oceánu. Osmózna elektráreň bude schopná vyrobiť 5-6 miliónov kW energie v porovnaní s 5-6 jadrovými elektrárňami, tvrdí Akihiko Tanioka, profesor Tokijskej technickej univerzity. Okrem toho je Japonsko jedným z hlavných výrobcov osmotických membrán. Japonské spoločnosti teraz predstavujú 70 % celosvetového dovozu membrán.