Kapag nag-iisip tungkol sa renewable energy, ang enerhiya ng hangin, solar, tides at tides ay agad na naiisip, at ang mga device na nagko-convert sa kanila ay mga wind power plant, solar photovoltaic converter, hydro turbines na pamilyar na ngayon. Ang lahat ng ito ay malawakang ginagamit sa buong mundo. Ngunit ang listahan ng renewable energy sources ay hindi nagtatapos doon. May isa pang uri ng paggawa ng enerhiya na hindi pa laganap, ngunit ito ay isang bagay sa hinaharap - ito ay osmotic energy.

Kamakailan ay nalaman ang tungkol sa paglulunsad sa Norway ng unang planta ng kuryente sa mundo, na nagpapahintulot sa iyo na kunin ang enerhiya mula sa pagkakaiba sa konsentrasyon ng asin sa sariwang tubig at tubig-alat. Ang produksyon ng kuryente ay isinasagawa bilang resulta ng phenomenon ng osmosis. Ang istasyon ay matatagpuan malapit sa kabisera ng Norway, Oslo, sa baybayin ng Oslo Fjord. Ang construction investor ay ang Norwegian energy company na Statkraft, na siyang ikatlong pinakamalaking producer ng mga mapagkukunan ng enerhiya sa rehiyon ng Scandinavian, pati na rin ang pinakamalaking producer ng enerhiya batay sa renewable energy sources sa Europe. Ang balitang ito ang naging dahilan ng pagsulat ng artikulong ito.

Kaya ano ang osmotic energy?

Ang Osmotic energy ay ang enerhiya na nakuha bilang isang resulta ng osmosis, o, tulad ng maaari mong sabihin, bilang isang resulta ng proseso ng pagsasabog ng isang solvent mula sa isang hindi gaanong puro solusyon sa isang mas puro solusyon.

Ayon sa Wikipedia.org, ang phenomenon ng osmosis ay nakikita sa mga kapaligiran kung saan ang mobility ng solvent ay mas malaki kaysa sa mobility ng mga solute. Ang isang mahalagang espesyal na kaso ng osmosis ay osmosis sa pamamagitan ng isang semipermeable membrane. Ang mga semi-permeable na lamad ay tinatawag, na may sapat na mataas na pagkamatagusin hindi para sa lahat, ngunit para lamang sa ilang mga sangkap, sa partikular, para sa isang solvent.

Ang Osmosis ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa mga biological na proseso. Salamat sa kanya, ang mga sustansya ay pumapasok sa cell, at kabaligtaran - ang mga hindi kinakailangan ay tinanggal. Sa pamamagitan ng osmosis, ang mga dahon ng halaman ay sumisipsip ng kahalumigmigan.

Ang osmotic energy ay tumutukoy sa isang renewable source na, hindi tulad ng solar o wind energy, ay gumagawa ng predictable at sustainable na dami ng enerhiya anuman ang lagay ng panahon. At ito ay isa sa mga pangunahing bentahe ng teknolohiyang ito.

Bakit hindi ginamit noon ang osmosis para sa paggawa ng enerhiya, ngunit ngayon lamang?

Ang pangunahing kahirapan ay nakasalalay sa kahusayan at gastos ng mga lamad na ginamit. Ito ang katitisuran. Ginagawa ang kuryente sa mga generator na pinapakain ng tubig-alat mula sa mga tangke kung saan pinaghalo ang sariwang tubig at asin. Ang mas mabilis na proseso ng paghahalo, ang mas mabilis na tubig ay ibinibigay sa mga turbine, mas maraming enerhiya ang maaaring makuha.

Ang ideya na gumawa ng enerhiya gamit ang osmosis ay lumitaw noong 70s ng huling siglo. Ngunit ang mga lamad ay hindi pa rin sapat na epektibo, tulad ng mga ito ngayon.

Osmotic power plant sa Norway

Ginagamit ng eksperimental na planta ng kuryente ang pagkakaiba sa konsentrasyon ng asin sa tubig na sariwa at maalat. Ang tubig ng dagat at ilog ay ipinapadala sa isang silid na pinaghihiwalay ng isang lamad. Dahil sa hindi pangkaraniwang bagay ng osmosis, ang mga molekula ay may posibilidad na lumipat sa rehiyon ng silid kung saan ang konsentrasyon ng mga dissolved substance, sa kasong ito ay asin, ay mas mataas. Ang prosesong ito ay nagreresulta sa pagtaas ng volume sa kompartimento ng tubig-alat. Bilang resulta, nabuo ang tumaas na presyon, na lumilikha ng isang presyon na katumbas ng epekto ng isang haligi ng tubig na 120 metro ang taas. Ang presyur na ito ay ipinadala sa turbine na umiikot sa generator.

Ang itinayong planta ng kuryente ay gumagamit ng isang lamad na may kahusayan na 2-3 W/m2. Samakatuwid, ang pangunahing gawain ay upang makahanap ng mas mahusay na mga lamad. Ayon sa mga mananaliksik, upang maging kapaki-pakinabang ang paggamit ng osmotic energy, kinakailangan upang makamit ang kahusayan ng lamad na higit sa 5 watts/m2.

Ngayon ang istasyon ay hindi nakakabuo ng maraming enerhiya - 4 kW. Sa hinaharap, pinlano na patuloy na dagdagan ang kapasidad. Plano ng Ststkraft na dalhin ang istasyon sa isang self-sustaining level sa 2015.

Kasama sa mga disadvantage ang katotohanan na hindi posible na magtayo ng naturang planta ng kuryente sa lahat ng dako. Pagkatapos ng lahat, ito ay sabay na nangangailangan ng dalawang mapagkukunan ng tubig - sariwa at maalat. Samakatuwid, imposible ang pagtatayo sa kailaliman ng kontinente, ngunit sa mga baybayin lamang na malapit sa pinagmumulan ng tubig-alat. Sa hinaharap, pinlano na lumikha ng mga lamad na gumagamit ng pagkakaiba sa konsentrasyon ng asin ng tubig lamang sa dagat.

Ang isa pang disbentaha ay ang kahusayan ng istasyon, na pangunahing nauugnay sa kahusayan ng mga lamad na ginamit.

Ang gawain ng istasyon ay pangunahing magsaliksik at bumuo ng mga teknolohiya para sa mga komersyal na aplikasyon sa hinaharap. Ito ay tiyak na isang hakbang pasulong. Pagkatapos ng lahat, ang potensyal ng mundo ng osmotic energy, ayon sa Statkraft, ay tinatantya sa 1600-1700 TWh ng enerhiya taun-taon, na katumbas ng 50 porsiyento ng kabuuang produksyon ng enerhiya sa European Union.

Sa ngayon, mayroon lamang isang operating prototype ng isang osmotic power plant sa mundo. Ngunit sa hinaharap magkakaroon ng daan-daan sa kanila.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng osmotic power plant

Ang pagpapatakbo ng planta ng kuryente ay batay sa osmotic effect - ang ari-arian ng mga espesyal na idinisenyong lamad upang payagan lamang ang ilang mga particle na dumaan. Halimbawa, maglalagay kami ng lamad sa pagitan ng dalawang lalagyan at magbuhos ng distilled water sa isa sa mga ito, at saline solution sa isa pa. Ang mga molekula ng tubig ay malayang dadaan sa lamad, ngunit ang mga particle ng asin ay hindi. At dahil sa ganoong sitwasyon ang mga likido ay malamang na balanse, sa lalong madaling panahon ang sariwang tubig ay kumakalat sa pamamagitan ng gravity sa parehong mga lalagyan.

Kung ang pagkakaiba sa mga komposisyon ng mga solusyon ay ginawang napakalaki, kung gayon ang daloy ng likido sa lamad ay magiging malakas. Sa pamamagitan ng paglalagay ng hydro turbine sa landas nito, posibleng makabuo ng kuryente. Ito ang pinakasimpleng disenyo ng isang osmotic power plant. Sa ngayon, ang pinakamainam na hilaw na materyal para dito ay maalat na tubig sa dagat at sariwang tubig ng ilog - nababagong mapagkukunan ng enerhiya.

Ang isang pang-eksperimentong planta ng ganitong uri ay itinayo noong 2009 malapit sa Norwegian na lungsod ng Oslo. Ang pagganap nito ay mababa - 4 kW o 1 W mula sa 1 sq.m. mga lamad. Sa malapit na hinaharap, ang tagapagpahiwatig na ito ay tataas sa 5 W bawat 1 sq.m. Sa pamamagitan ng 2015, ang mga Norwegian ay nagnanais na magtayo ng isang komersyal na osmosis power plant na may kapasidad na humigit-kumulang 25 MW.

Mga prospect para sa paggamit ng pinagmumulan ng enerhiya na ito

Ang pangunahing bentahe ng IPS sa iba pang mga uri ng mga power plant ay ang paggamit nito ng sobrang murang hilaw na materyales. Sa katunayan, ito ay libre, dahil ang 92-93% ng ibabaw ng planeta ay natatakpan ng tubig-alat, at ang sariwang tubig ay madaling makuha gamit ang parehong paraan ng osmotic pressure sa isa pang pag-install. Sa pamamagitan ng paglalagay ng power plant sa bukana ng ilog na dumadaloy sa dagat, lahat ng problema sa supply ng hilaw na materyales ay malulutas sa isang iglap. Ang mga kondisyon ng klimatiko para sa pagpapatakbo ng IPS ay hindi mahalaga - hangga't dumadaloy ang tubig, gumagana ang pag-install.

Kasabay nito, walang mga nakakalason na sangkap ang nilikha - ang parehong tubig na asin ay nabuo sa labasan. Ang ECO ay ganap na palakaibigan sa kapaligiran, maaari itong mai-install sa malapit sa mga lugar ng tirahan. Ang planta ng kuryente ay hindi nakakapinsala sa wildlife, at para sa pagtatayo nito ay hindi na kailangang harangan ang mga ilog ng mga dam, tulad ng kaso sa mga hydroelectric power plant. At ang mababang kahusayan ng planta ng kuryente ay madaling mabayaran ng likas na masa ng naturang mga pag-install.

Ang kababalaghan ng osmosis ay ginamit sa isang pang-industriya na sukat sa loob ng higit sa 40 taon. Tanging ito ay hindi ang klasikong direktang osmosis ng Abbé Nolle, ngunit ang tinatawag na reverse osmosis - isang artipisyal na proseso ng pagtagos ng isang solvent mula sa isang puro sa isang dilute na solusyon sa ilalim ng impluwensya ng isang presyon na lumampas sa natural na osmotic pressure. Ang teknolohiyang ito ay ginagamit sa desalination at purification plants mula noong unang bahagi ng 1970s. Ang maalat na tubig sa dagat ay iniksyon sa isang espesyal na lamad at, na dumadaan sa mga pores nito, ay pinagkaitan ng isang makabuluhang proporsyon ng mga mineral na asing-gamot, at sa parehong oras na bakterya at kahit na mga virus. Ito ay nangangailangan ng maraming enerhiya upang mag-bomba ng maalat o maruming tubig, ngunit ang laro ay nagkakahalaga ng kandila - maraming mga rehiyon sa planeta kung saan ang kakulangan ng inuming tubig ay isang matinding problema.

Mahirap paniwalaan na ang pagkakaiba sa konsentrasyon ng dalawang solusyon lamang ay maaaring lumikha ng isang seryosong puwersa, ngunit ito ay totoo: ang osmotic pressure ay maaaring magtaas ng antas ng tubig sa dagat ng 120 m.

Ang mga eksperimento sa pag-convert ng osmotic pressure sa elektrikal na enerhiya ay isinagawa ng iba't ibang mga siyentipikong grupo at kumpanya mula noong unang bahagi ng 1970s. Ang prinsipyo ng pamamaraan ng prosesong ito ay halata: ang daloy ng sariwang (ilog) na tubig, na tumagos sa mga pores ng lamad, ay nagtatayo ng presyon sa tangke ng tubig sa dagat, sa gayon ay nagpapahintulot sa turbine na umikot. Ang basurang maalat na tubig ay itinatapon sa dagat. Ang tanging problema ay ang mga klasikong lamad para sa PRO (Pressure retarded osmosis) ay masyadong mahal, pabagu-bago at hindi nagbibigay ng kinakailangang daloy ng kapangyarihan. Ang mga bagay ay bumagsak noong huling bahagi ng 1980s, nang ang mga Norwegian chemist na sina Thorleif Holt at Thor Thorsen mula sa SINTEF institute ay kumuha ng gawain.

Sa mga imaheng eskematiko, ang osmotic membrane ay iginuhit bilang isang pader. Sa katunayan, ito ay isang roll na nakapaloob sa isang cylindrical na katawan. Sa multilayer na istraktura nito, ang mga layer ng sariwa at maalat na tubig ay kahalili.

Ang mga lamad ng Loeb ay nangangailangan ng klinikal na grado upang mapanatili ang pinakamataas na pagganap. Ang disenyo ng module ng lamad ng istasyon ng desalination ay ibinigay para sa obligadong presensya ng isang pangunahing magaspang na filter at isang malakas na bomba na nagpatumba ng mga labi mula sa gumaganang ibabaw ng lamad.

Sina Holt at Thorsen, nang masuri ang mga katangian ng karamihan sa mga promising na materyales, ay nag-opt para sa murang binagong polyethylene. Ang kanilang mga publikasyon sa mga siyentipikong journal ay nakakuha ng atensyon ng Statcraft at ang mga Norwegian chemist ay inanyayahan na ipagpatuloy ang kanilang trabaho sa ilalim ng tangkilik ng kumpanya ng enerhiya. Noong 2001, ang programa ng Statcraft membrane ay nakatanggap ng grant ng gobyerno. Ang mga natanggap na pondo ay ginamit upang bumuo ng isang eksperimentong osmotic unit sa Sunndalsior upang subukan ang mga sample ng lamad at subukan ang teknolohiya sa kabuuan. Ang aktibong lugar sa ibabaw nito ay bahagyang higit sa 200 m2.

Ang pagkakaiba sa pagitan ng kaasinan (sa mga pang-agham na termino, ang gradient ng kaasinan) ng sariwang at tubig dagat ay ang pangunahing prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang osmotic power plant. Kung mas malaki ito, mas mataas ang volume at daloy ng rate sa lamad, at samakatuwid ang dami ng enerhiya na nabuo ng hydroturbine. Sa Toft, ang sariwang tubig ay dumadaloy sa pamamagitan ng gravity sa lamad, bilang resulta ng osmosis, ang presyon ng tubig sa dagat sa kabilang panig ay tumataas nang husto. Ang kapangyarihan ng osmosis ay napakalaki - ang presyon ay maaaring magtaas ng antas ng tubig sa dagat ng 120 m.

Dagdag pa, ang nagreresultang diluted na tubig sa dagat ay dumadaloy sa pressure distributor sa mga blades ng turbine at, na ibinigay sa kanila ang lahat ng enerhiya nito, ay itinapon sa dagat. Ang tagapamahagi ng presyon ay tumatagal ng bahagi ng enerhiya ng daloy, na nagpapaikot sa mga bomba na nagbobomba ng tubig sa dagat. Kaya, posible na makabuluhang taasan ang kahusayan ng istasyon. Rick Stover, punong technologist sa Energy Recovery, na gumagawa ng mga naturang device para sa desalination plants, ay tinatantya na ang energy transfer efficiency ng mga distributor ay malapit sa 98%. Ang eksaktong parehong mga device sa panahon ng desalination ay tumutulong sa paghahatid ng inuming tubig sa mga gusali ng tirahan.

Gaya ng tala ng Skillhagen, sa isip, ang mga osmotic power plant ay dapat isama sa mga desalination plant - ang kaasinan ng natitirang tubig-dagat sa huli ay 10 beses na mas mataas kaysa sa natural na antas. Sa ganoong tandem, ang kahusayan ng pagbuo ng enerhiya ay tataas ng hindi bababa sa dalawang beses.

Nagsimula ang konstruksiyon sa Toft noong taglagas 2008. Isang bakanteng bodega ang inupahan sa lugar ng Sódra Cell pulp mill. Sa unang palapag, isang cascade ng mesh at quartz filter ang inayos upang linisin ang tubig ng ilog at dagat, at sa ikalawang palapag, isang machine room. Noong Disyembre ng parehong taon, ang pag-aangat at pag-install ng mga module ng lamad at ang distributor ng presyon ay isinagawa. Noong Pebrero 2009, isang grupo ng mga diver ang naglagay ng dalawang parallel pipelines sa ilalim ng bay - para sa sariwang tubig at dagat.

Ang paggamit ng tubig sa dagat ay isinasagawa sa Toft mula sa lalim ng 35 hanggang 50 m - sa layer na ito ang kaasinan nito ay pinakamainam. Bilang karagdagan, doon ito ay mas malinis kaysa sa ibabaw. Ngunit, sa kabila nito, ang mga lamad ng istasyon ay nangangailangan ng regular na paglilinis mula sa mga organikong nalalabi na bumabara sa mga micropores.

Mula noong Abril 2009, ang planta ng kuryente ay pinatatakbo sa isang trial mode, at noong Nobyembre, gamit ang magaan na kamay ni Princess Mette-Marit, ito ay inilunsad nang lubos. Tinitiyak ng Skillhagen na pagkatapos ng Tofte, magkakaroon ang Statcraft ng iba pang katulad, ngunit mas advanced na mga proyekto. At hindi lamang sa Norway. Ayon sa kanya, ang isang underground complex na kasing laki ng isang football field ay patuloy na nakapagbibigay ng kuryente sa isang buong lungsod na may 15,000 indibidwal na tahanan. Bukod dito, hindi tulad ng mga windmill, ang gayong osmotic na pag-install ay halos tahimik, hindi nagbabago sa karaniwang tanawin at hindi nakakaapekto sa kalusugan ng tao. At ang kalikasan mismo ang mag-aalaga sa muling pagdadagdag ng mga reserba ng asin at sariwang tubig dito.

Walang error sa pamagat, hindi mula sa "space", ngunit mula sa "osmosis"

Araw-araw tayo ay kumbinsido na tayo ay napapalibutan ng isang masa ng mga hindi inaasahang mapagkukunan ng nababagong enerhiya. Bilang karagdagan sa Araw, hangin, agos at pagtaas ng tubig, ang mga generator na tumatakbo sa asin ay maaaring gamitin upang makabuo ng kuryente - o sa halip, sa pagkakaiba na nalilikha nito sa pagitan ng sariwang tubig at dagat. Ang pagkakaiba na ito ay tinatawag na salinity gradient, at salamat sa phenomenon ng osmosis, maaari itong magamit upang makakuha ng labis na presyon ng likido, na na-convert sa kuryente ng mga maginoo na turbine.

Mayroong ilang mga paraan upang ma-convert ang enerhiya ng gradient ng kaasinan sa kuryente. Ang pinaka-promising para sa ngayon ay ang osmosis-assisted conversion, kaya ang enerhiya ng salinity gradient ay madalas na tinutukoy bilang ang enerhiya ng osmosis. Ngunit ang iba pang mga paraan ng pag-convert ng enerhiya ng gradient ng kaasinan ay posible rin sa panimula.

Ang phenomenon ng osmosis ay ang mga sumusunod. Kung kukuha ka ng isang semi-permeable na lamad (membrane) at ilagay ito bilang isang partisyon sa isang sisidlan sa pagitan ng sariwang at asin na tubig, pagkatapos ay ang osmotic forces ay magsisimula, bilang ito ay, upang pump sariwang tubig sa tubig-alat. Ang mga molekula ng sariwang tubig ay dadaan sa naghihiwalay na lamad sa ikalawang kalahati ng sisidlan na puno ng tubig-alat, at ang lamad ay hindi hahayaan ang mga molekula ng asin sa unang kalahati na may sariwang tubig. Para sa ari-arian na ito, ang lamad ay tinatawag na semi-permeable. Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng prosesong ito ay ipinahayag sa anyo ng mas mataas na presyon na nangyayari sa bahagi ng sisidlan na may tubig na asin. Ito ang osmotic pressure (minsan tinatawag na osmotic waterfall). Ang pinakamataas na halaga ng osmotic pressure ay ang pagkakaiba ng presyon sa pagitan ng solusyon (i.e. tubig-alat) at ang solvent (i.e. sariwang tubig), kung saan huminto ang osmosis, na nangyayari dahil sa pagbuo ng pagkakapantay-pantay ng presyon sa magkabilang panig ng semipermeable membrane. Ang nagresultang pagtaas ng presyon sa kalahati ng sisidlan na may tubig-alat ay nagbabalanse sa mga osmotic na puwersa na nagpipilit sa mga molekula ng sariwang tubig sa pamamagitan ng isang semipermeable na lamad sa tubig-alat.

Ang kababalaghan ng osmosis ay kilala sa mahabang panahon. Una itong naobserbahan ni A. Podlo noong 1748, ngunit nagsimula ang isang detalyadong pag-aaral pagkaraan ng mahigit isang siglo. Noong 1877, sinukat ni W. Pfeffer ang osmotic pressure sa unang pagkakataon kapag nag-aaral ng mga may tubig na solusyon ng asukal sa tubo. Noong 1887, si Van't Hoff, batay sa mga eksperimento ni Pfeffer, ay nagtatag ng isang batas na tumutukoy sa osmotic pressure bilang isang function ng konsentrasyon ng isang solute at temperatura. Ipinakita niya na ang osmotic pressure ng isang solusyon ay katumbas ng bilang sa presyon na ibibigay ng mga molekula ng solute kung sila ay nasa isang gas na estado sa parehong mga halaga ng temperatura at konsentrasyon.

Upang makakuha ng osmotic energy, kinakailangan na magkaroon ng isang mapagkukunan na may mababang konsentrasyon ng asin malapit sa isang mas marami o mas kaunting puro solusyon. Sa mga kondisyon ng World Ocean, ang mga naturang mapagkukunan ay ang mga bibig ng mga ilog na dumadaloy dito.

Ang salinity gradient energy na kinakalkula mula sa osmotic pressure ay hindi napapailalim sa mga limitasyon sa kahusayan na nauugnay sa Carnot cycle; ito ay isa sa mga positibong katangian ng ganitong uri ng enerhiya. Ang tanong ay kung paano pinakamahusay na i-convert ito sa kuryente.

Ang unang planta ng kuryente sa mundo na gumagamit ng osmosis upang makabuo ng kuryente ay binuksan kamakailan sa Norway. Gamit lamang ang asin at sariwang tubig sa trabaho nito, ang kasalukuyang prototype ng planta ng kuryente ay bubuo ng 2-4 kilowatts, ngunit sa hinaharap ang bilang na ito ay tataas nang malaki. Upang makagawa ng enerhiya, ang istasyon, na itinayo ng kumpanyang Norwegian na Statkraft, ay gumagamit ng kababalaghan ng osmosis, iyon ay, ang paggalaw ng mga solusyon sa pamamagitan ng lamad sa gilid na mas mataas na konsentrasyon ng asin. Dahil ang konsentrasyon ng mga asin sa ordinaryong tubig-dagat ay mas mataas kaysa sa sariwang tubig, isang osmosis phenomenon ang nabubuo sa pagitan ng sariwa at asin na tubig na pinaghihiwalay ng isang lamad, at ang paggalaw ng daloy ng tubig ay nagiging sanhi ng turbine na makabuo ng enerhiya upang gumana. Ang kapangyarihan ng ang nailunsad na prototype ay maliit at umaabot sa dalawa hanggang apat na kilowatt-hours. Tulad ng ipinaliwanag ng tagapamahala ng proyekto ng Stein na si Erik Skilhagen, ang kumpanya ay walang layunin na agad na magtayo ng isang planta ng kuryente na pang-industriya, mas mahalaga na ipakita na ang teknolohiyang ito sa prinsipyo ay maaaring gamitin sa sektor ng enerhiya. , sabi ng website ng Statkraft. Ayon sa mga kalkulasyon ng mga inhinyero, ngayon posible na bumuo ng isang osmotic power plant na may kapasidad na 1700 kilowatts kada oras. Kasabay nito, hindi tulad ng ibang mga istasyon sa alternatibong mapagkukunan ng enerhiya - solar o hangin - ang panahon ay hindi magkakaroon ng anumang epekto sa pagpapatakbo ng istasyon. Ang kapangyarihan ng kasalukuyang prototype ay sapat na upang magbigay ng kuryente sa isang coffee maker lamang, ngunit sa 2015 umaasa ang Statkraft na magtayo ng planta ng kuryente na nagsusuplay ng kuryente sa isang nayon ng 10,000 pribadong tahanan.

Kabilang sa mga hamon sa hinaharap ay ang paghahanap para sa mas mahusay na enerhiya na lamad. Para sa mga ginamit sa istasyon sa Hurum, na 60 km sa timog ng Oslo, ang figure na ito ay 1 W / m2. Pagkaraan ng ilang oras, ang Statkraft ay tataas ang kapangyarihan sa 2-3 watts, ngunit upang maabot ang isang cost-effective na antas, kailangan mong makamit ang 5 watts.

Osmosis (mula sa salitang Griyego na Osmos - push, pressure), pagsasabog ng isang sangkap, kadalasang isang solvent, sa pamamagitan ng isang semipermeable membrane na naghihiwalay sa isang solusyon at isang purong solvent o dalawang solusyon ng magkakaibang konsentrasyon. Semi-permeable membrane - isang partition na nagpapahintulot sa maliliit na solvent na molecule na dumaan, ngunit hindi natatagusan ng malalaking solute molecule. Ang kababalaghan ng osmosis (pagpantay-pantay ng mga konsentrasyon ng mga solusyon na pinaghihiwalay ng isang semi-permeable na lamad) ay sumasailalim sa metabolismo ng lahat ng nabubuhay na organismo. Halimbawa, ang mga cell wall ng mga halaman, hayop, at tao ay isang natural na lamad na bahagyang natatagusan dahil malayang pinapayagan nitong dumaan ang mga molekula ng tubig, ngunit hindi ang mga molekula ng iba pang mga sangkap. Kapag ang mga ugat ng halaman ay sumisipsip ng tubig, ang kanilang mga cell wall ay bumubuo ng isang natural na osmotic membrane na nagpapahintulot sa mga molekula ng tubig na dumaan at tinatanggihan ang karamihan sa mga dumi. Ang mga halamang gamot at bulaklak ay nakatayo lamang nang patayo dahil sa tinatawag na osmotic pressure. Samakatuwid, sa kakulangan ng tubig, sila ay mukhang lanta at matamlay. Ang kakayahang mag-filter ng natural na lamad ay natatangi, ito ay naghihiwalay ng mga sangkap mula sa tubig sa antas ng molekular at ito ang nagpapahintulot sa anumang buhay na organismo na umiral.

Ang paggamit ng mga lamad para sa paghihiwalay ng isang bahagi ng isang solusyon mula sa isa pa ay kilala sa napakatagal na panahon. Sa una, natuklasan ni Aristotle na ang tubig sa dagat ay nagiging desalinated kapag ito ay dumaan sa mga dingding ng isang sisidlan ng waks. Ang pag-aaral ng hindi pangkaraniwang bagay na ito at iba pang mga proseso ng lamad ay nagsimula nang maglaon, sa simula ng ika-18 siglo, nang gumamit si Réaumur ng mga semipermeable na lamad na natural na pinagmulan para sa mga layuning siyentipiko. Ngunit sa kalagitnaan ng 20s ng huling siglo, ang lahat ng mga prosesong ito ay puro teoretikal na interes, hindi lumalampas sa mga laboratoryo. Noong 1927, natanggap ng kumpanya ng Aleman na "Sartorius" ang mga unang sample ng mga artipisyal na lamad. At sa kalagitnaan lamang ng huling siglo, inilunsad ng mga developer ng Amerika ang produksyon ng cellulose acetate at nitrocellulose membranes. Sa huling bahagi ng 1950s at unang bahagi ng 1960s, sa pagsisimula ng isang malawak na produksyon ng mga sintetikong polymeric na materyales, lumitaw ang mga unang gawaing pang-agham, na naging batayan para sa pang-industriya na aplikasyon ng reverse osmosis.

Ang unang pang-industriyang reverse osmosis system ay lumitaw lamang sa simula ng 1970s, kaya ito ay isang medyo batang teknolohiya kumpara sa parehong ion exchange o adsorption sa mga activated carbon. Gayunpaman, sa mga bansa sa Kanluran, ang reverse osmosis ay naging isa sa mga pinaka-ekonomiko, maraming nalalaman at maaasahang pamamaraan ng paglilinis ng tubig, na nagpapahintulot sa iyo na bawasan ang konsentrasyon ng mga sangkap sa tubig ng 96-99% at mapupuksa ang mga mikroorganismo at mga virus sa halos 100%. Ang mekanismo para sa paglipat ng mga molekula ng tubig sa pamamagitan ng isang osmotic membrane ay kadalasang isang maginoo na pagsasala, kung saan ang mga particle na mas malaki kaysa sa diameter ng porosmotic membrane ay nananatili. Ang pagkakapantay-pantay ng mga konsentrasyon sa magkabilang panig ng naturang lamad ay posible lamang sa one-way diffusion ng solvent. Samakatuwid, ang osmosis ay palaging napupunta mula sa isang purong solvent sa isang solusyon, o mula sa isang dilute na solusyon sa isang puro solusyon. Sa partikular, ang kababalaghan ng osmosis ay sinusunod kapag ang dalawang solusyon sa asin na may magkakaibang mga konsentrasyon ay pinaghihiwalay ng isang semi-permeable na lamad. Ang lamad na ito ay nagpapahintulot sa mga molekula at ion na may tiyak na sukat na dumaan, ngunit nagsisilbing hadlang sa mga sangkap na may mas malalaking molekula. Kaya, ang mga molekula ng tubig ay maaaring tumagos sa lamad, ngunit ang mga molekula ng mga asin na natunaw sa tubig ay hindi. Kung mayroong mga solusyon sa asin ng tubig na may iba't ibang mga konsentrasyon ng asin sa magkabilang panig ng isang semipermeable na lamad, ang mga molekula ng tubig ay lilipat sa lamad mula sa isang mahinang puro solusyon patungo sa isang mas puro, na nagdudulot ng pagtaas sa antas ng likido sa huli. Sa pamamagitan ng hindi pangkaraniwang bagay ng osmosis, ang proseso ng pagtagos ng tubig sa pamamagitan ng lamad ay sinusunod kahit na ang parehong mga solusyon ay nasa ilalim ng parehong panlabas na presyon. Ang pagkakaiba sa taas ng mga antas ng dalawang solusyon ng magkakaibang mga konsentrasyon ay proporsyonal sa puwersa kung saan ang tubig ay dumadaan sa lamad. Ang puwersang ito ay tinatawag na "osmotic pressure". Sa kanin. 23.1. Isang diagram na naglalarawan ng phenomenon ng osmosis ay ibinigay.

kanin. 23.1.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang osmotic power plant ay batay sa pagbuo ng osmotic pressure. Sa mga lugar kung saan ang ilog ay dumadaloy sa dagat, ang sariwang tubig ng ilog ay humahalo lamang sa maalat na tubig dagat, at walang presyon na maaaring magsilbing mapagkukunan ng enerhiya. Gayunpaman, kung, bago ang paghahalo, ang tubig sa dagat at sariwang tubig ay pinaghihiwalay ng isang filter - isang espesyal na lamad na nagpapahintulot sa tubig na dumaan, ngunit hindi pumasa sa asin, kung gayon ang pagnanais ng mga solusyon para sa thermodynamic equilibrium at pagkakapantay-pantay ng mga konsentrasyon ay maaaring maisakatuparan dahil lamang sa ang katunayan na ang tubig ay tumagos sa solusyon ng asin, at ang asin sa sariwang tubig ay hindi papasok. Ang isang espesyal na lamad na nagpapahintulot sa tubig na dumaan ngunit hindi natatagusan ng mga molekula ng asin ay inilalagay sa pagitan ng dalawang tangke. Ang isa sa kanila ay puno ng sariwang tubig, ang isa naman ay puno ng tubig-alat. Dahil ang ganitong sistema ay may posibilidad na balansehin, ang mas maalat na tubig ay kumukuha ng sariwang tubig palabas ng reservoir. Kung nangyari ito sa isang saradong reservoir, kung gayon ang labis na presyon ng hydrostatic ay lumitaw mula sa gilid ng tubig sa dagat. Kasabay nito, lumilitaw ang presyon, lumilikha ng daloy ng tubig. Kung mag-i-install tayo ngayon ng turbine na may generator, ang labis na presyon ay magpapaikot sa mga blades ng turbine at maglalabas ng kuryente. kanin. 23.2. Ang isang pinasimple na diagram ng osmotic station ay ipinapakita. Sa Fig na ito.: 1 - tubig dagat; 2 tubig ng ilog; 3 - mga filter; 4 - lamad; 5 - working chamber; 6 - output ng basurang tubig sa ilog; 7 - turbine na may electric generator; 8 - output.

kanin. 23.2.

Ang mga teoretikal na pag-unlad sa lugar na ito ay lumitaw nang maaga sa simula ng ika-20 siglo, ngunit ang pangunahing bagay ay nawawala para sa kanilang pagpapatupad - isang angkop na osmotic membrane. Ang nasabing lamad ay kailangang makatiis ng presyon ng 20 beses ang presyon ng isang maginoo na suplay ng tubig sa tahanan, at may napakataas na porosity. Ang paglikha ng mga materyales na may katulad na mga katangian ay naging posible sa pag-unlad ng mga teknolohiya para sa paggawa ng mga sintetikong polimer. Sa katunayan, ang kapal ng epektibong lamad ay halos 0.1 micrometer. Para sa paghahambing: ang buhok ng tao ay may diameter na 50 hanggang 100 micrometer. Ito ang pinakamanipis na pelikula na sa huli ay naghihiwalay sa tubig ng dagat sa sariwang tubig. Malinaw na ang gayong manipis na lamad ay hindi makatiis sa mataas na osmotic pressure. Samakatuwid, ito ay inilapat sa isang buhaghag na tulad ng espongha ngunit lubhang matibay na base. Sa pamamagitan ng paraan, ang isang lamad para sa direktang pagtagas ay hindi isang manipis na pader, na iginuhit sa pinasimple na mga diagram, ngunit isang mahabang roll na nakapaloob sa isang cylindrical na katawan. Ang koneksyon sa katawan ng barko ay ginawa sa paraang sa lahat ng mga layer ng roll ay palaging may sariwang tubig sa isang gilid ng lamad, at tubig sa dagat sa kabilang panig, tulad ng ipinapakita sa kanin. 23.3. Sa Fig na ito.: 1 - sariwang tubig; 2 - tubig dagat; 3 - lamad. Sa kanin. 23.4. Ang aparato ng lamad na inilagay sa isang metal na kaso ay ipinapakita, cylindrical sa hugis. Sa Fig na ito.: 1 - sariwang tubig; 2 - tubig dagat; 3 - lamad; 4 - kaso ng metal. Ang kasalukuyang ginagamit na mga composite membrane ay maaaring makabuluhang bawasan ang hydrodynamic resistance. Sa kanila, ang isang manipis na pumipili na layer ay idineposito ng kemikal sa isang porous na base (substrate). Ang kapal ng pumipili na layer ay 0.1-1.0 µm, at ang kapal ng porous na base ay 50-150 µm. Ang substrate ay halos walang paglaban sa daloy dahil sa malawak na mga pores, at ang paglaban ng pumipili na layer ay makabuluhang nabawasan dahil sa isang makabuluhang pagbawas sa kapal nito. Sa pangkalahatan, ang pinagsama-samang istraktura ng lamad ay nagbibigay ng mekanikal na lakas dahil sa

kanin. 23.3.

kanin. 23.4.

ang kapal ng porous substrate, at bilang karagdagan, ginagawang posible na bawasan ang pangkalahatang paglaban ng lamad dahil sa manipis ng pumipili na layer. Ang pumipili na layer ng reverse osmosis membrane ay gawa sa polyamide na materyal.

Sa Fig. 23.S. ang aparato ng isang osmotic station ay ipinapakita, ito ay gumagamit ng pinagsama lamad.

Sa Fig na ito.: 1 - ang pagpapakilala ng tubig dagat; 2 - pagpapakilala ng tubig ng ilog; 3 - mga filter; 4 - roll lamad; 5 - selyadong silid na may mataas na osmotic pressure; 6- turbine na may electric generator.

Noong 2009, sa Toft, Norway, nagsimulang gumana ang unang planta ng kuryente sa mundo, gamit ang pagkakaiba sa kaasinan sa pagitan ng dagat at sariwang tubig upang makabuo ng kuryente. Sa itinayong osmotic power plant, sa kompartimento na may tubig sa dagat, ang presyon ay nilikha na katumbas ng presyon ng isang haligi ng tubig na 120 metro ang taas. Ang presyur na ito ay nagtutulak sa turbine shaft na konektado sa isang electric generator. Ang sariwang tubig ay dumadaloy sa pamamagitan ng gravity sa lamad. Ang paggamit ng tubig sa dagat ay isinasagawa sa Toft mula sa lalim ng 35 hanggang 50 metro - sa layer na ito ang kaasinan nito ay pinakamainam. Bilang karagdagan, doon ito ay mas malinis kaysa sa ibabaw. Ngunit, sa kabila nito, ang mga lamad ng istasyon ay nangangailangan ng regular na paglilinis mula sa mga organikong nalalabi, barado ang mga micropores nito. Sa ngayon, ang osmotic station na ito ay gumagawa ng humigit-kumulang 1 kW ng enerhiya. Sa malapit na hinaharap, ang figure na ito ay maaaring tumaas sa 2-4 kW. Upang makapag-usap tungkol sa kakayahang kumita ng produksyon, ito ay kinakailangan

kanin. 23.5. Osmotic station na may mga pinagsamang lamad

makakuha ng isang output ng tungkol sa 5 kW. Gayunpaman, ito ay isang tunay na hamon. Sa 2015, planong magtayo ng isang malaking istasyon na bubuo ng 25 MW, na magbibigay ng kuryente sa 10,000 karaniwang kabahayan. Sa hinaharap, ipinapalagay na ang mga osmotic power plant ay magiging napakalakas na magagawa nilang makagawa ng 1700 TW bawat taon, kasing dami ng kalahati ng Europa na kasalukuyang gumagawa.

Mga kalamangan ng osmotic station. Una, ang tubig-alat (ordinaryong tubig dagat ay angkop para sa pagpapatakbo ng istasyon) ay isang hindi mauubos na likas na yaman. Ang ibabaw ng Earth ay 94% na natatakpan ng tubig, 97% nito ay maalat, kaya palaging may gasolina para sa mga naturang istasyon. Pangalawa, ang pagtatayo ng mga osmotic power plant ay hindi nangangailangan ng pagtatayo ng mga espesyal na haydroliko na istruktura. Ang pagiging magiliw sa kapaligiran ng pamamaraang ito ng pagbuo ng kuryente. Walang basura, na-oxidized na mga materyales sa tangke, nakakapinsalang usok. Maaaring mai-install ang mga Osmotic power plant kahit sa loob ng lungsod nang hindi nagdudulot ng anumang pinsala sa mga naninirahan dito.

Kamakailan, inihayag ng Japan na plano nitong gumawa ng enerhiya gamit ang mga istasyon ng osmosis. Napapaligiran ang Japan sa lahat ng panig ng karagatan, kung saan dumadaloy ang maraming ilog. Dahil sila ay patuloy na dumadaloy, ang proseso ng pagbuo ng kuryente ay magiging tuluy-tuloy. Kabilang sa mga pakinabang ng osmotic na paraan ng pagkuha ng enerhiya ay ang kalayaan mula sa lupain, ang istasyon ay makakapagtrabaho sa kapatagan. Ang mga pangunahing ay ang mga heograpikal na kondisyon kung saan nangyayari ang paghahalo ng sariwa at maalat na tubig. Kaya, ang mga osmotic power plant ay maaaring i-install sa anumang lugar ng Japan kung saan dumadaloy ang mga ilog sa karagatan. Ang planta ng osmosis ay makakapagdulot ng 5-6 milyong kW ng enerhiya, kumpara sa 5-6 nuclear power plants, ayon kay Akihiko Tanioka, isang propesor sa Tokyo Technical University. Bilang karagdagan, ang Japan ay isa sa mga pangunahing tagagawa ng osmotic membrane. Ngayon, ang mga kumpanya ng Hapon ay nagkakaloob ng 70% ng mga global na pag-import ng lamad.