Эффективное производство энергии за счет разницы в концентрации соли в морской и речной воде

@Nauka i Tehnika

Получение энергии из разницы в концентрации соли между морской и речной водой звучит как волшебство, но это действительно работает. Эта довольно малоизвестная форма устойчивой голубой энергетики, имеет огромный потенциал. Теоретически средняя река может производить столько же синей энергии, сколько гидроэлектростанция, вырабатывающая энергию с водопадом высотой 142 метра.

Голубая энергия использует технологию, известную как обратный электродиализ (RED), в которой положительно и отрицательно заряженные ионы соли, присутствующие в речной и морской воде, перемещаются через ионообменные мембраны. Это движение заряда генерирует электрическую энергию.

 атомная энергия, подлодка, реактор, тепло

Испытательная установка синей энергии на Афслуитдейке. Предоставлено: Redstack.

Весь процесс основан на идее, что в морской воде много соли, а в речной очень мало. Таким образом, можно использовать разницу в концентрации соли между жидкостями для выработки электроэнергии. Обратный электродиализ, как следует из названия, использует тот же процесс, что и электродиализ, технологию, обычно применяемую для очистки или опреснения воды, но в обратном направлении.

синяя энергия, электролиз, реактор, тепло

Схематическое изображение обратного электродиализа (RED). AEM (анионообменная мембрана) переносит отрицательно заряженные анионы хлора (Cl-), CEM (катионообменная мембрана) - положительно заряженные катионы натрия (Na +), создавая движение заряда. Когда внешняя цепь, соединяющая два электрода, замкнута, вследствии разности напряжений через внешнюю цепь протекает электронный ток, питающий потребители. Мембраны размещены пакетами, как и в топливных элементах, так что отдельные разности напряжений могут быть объединены для выработки достаточного количества электричества. Предоставлено: Технологический университет Эйндховена.

Каждый кубический метр пресной воды, который смешивается с морской, производит около 0,65 киловатт-часа энергии - этого достаточно, чтобы обеспечить питание среднего дома примерно на 30 минут.

Синяя энергия является возобновляемой и менее восприимчивой к дневным колебаниям, таким как солнечный свет и ветер, но стоимость мембран до сих пор сдерживала широкое распространение этой технологии. Однако в последние годы в этой области произошли существенные достижения. В 2014 году первый в мире пилотный демонстрационный образец (50 кВт) был запущен в Афслуитдейке с использованием воды из соленой реки Ваддензее и пресной с озера Эйсселмер.

Существенной проблемой при использовании речной и морской воды является грязь. Компоненты, растворенные в воде, такие как бактерии, глина, соли или органические вещества, могут накапливаться на мембране и в ней, тем самым снижая выходную электрическую мощность ячейки.

Новые исследования позволили найти решения этой проблемы. С этой целью были разработаны и реализованы два успешных химических подхода, которые изменяют поверхность мембраны, чтобы сделать ее более устойчивой к загрязнению. В обоих используется специальное покрытие на основе так называемых цвиттерионов.

Цвиттерионы, или внутренние соли, - это молекулы, которые содержат равное количество положительно и отрицательно заряженных частиц. Из-за этого они имеют тенденцию делать мембраны в ячейке более гидрофильными. Это не только задерживает начало обрастания, но и замедляет его рост.

Таким образом, проведенные исследования являются важным шагом на пути к широкомасштабному внедрению голубой энергии в качестве устойчивого возобновляемого источника энергии.

Анализ
×
Технический университет Эйндховена
Сфера деятельности:Образование и наука