Prenumerata 2018 ju˜ż w sprzedża˜y - SPRAWD˜!

Ekologia

Pršd z morza i rzeki

Ujœcia rzek do morza to idealne miejsca do osmozy wytwarzajšcej elektrycznoœć.
123RF
Rewelacyjny sposób uzyskiwania energii elektrycznej z wody opracowali naukowcy szwajcarscy.

Uczeni na całym œwiecie od lat dšżš do opracowania technologii uzyskiwania energii z morza – z fal, pływów, pršdów. Najnowsze osišgnięcie na tym polu należy do zespołu z Politechniki w Lozannie. Szwajcarscy badacze opracowali metodę uzyskiwania energii dzięki osmozie wody słonej i słodkiej.

Zjawisko osmozy polega na dyfuzji rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalnš rozdzielajšcš dwa roztwory o różnym stężeniu. Osmoza spontanicznie zachodzi od roztworu o niższym stężeniu substancji rozpuszczonej do roztworu o stężeniu wyższym, czyli prowadzi do wyrównania stężeń obu roztworów.

50 tysięcy żarówek

Osišgnięcie Szwajcarów polega na uzyskiwaniu energii osmotycznej dzięki wykorzystaniu różnicy zawartoœci soli w wodzie morskiej i słodkiej – na przykład w ujœciach rzek do mórz i oceanów.

Jest to najmniej zaawansowana technologia spoœród tych, które pozwalajš uzyskiwać odnawialnš energię z morza. Powodem tej słaboœci była mała wydajnoœć błon niezbędnych w energetyce osmozowej.

Naukowcy z L'Ecole polytechnique federale de Lausanne (EPFL) stworzyli błonę gruboœci zaledwie trzech atomów. Według nich tego rodzaju membrana o powierzchni jednego metra kwadratowego może dostarczyć 1 MW energii – tyle zużywa 50 tys. energooszczędnych żarówek. Dotychczasowe osišgnięcia na tym polu to około 5 W z metra kwadratowego.

Szwajcarzy proponujš uzyskiwanie energii elektrycznej w następujšcy sposób: gdy wodę słonš i słodkš oddziela półprzepuszczalna błona, zachodzi zjawisko ciœnienia hydrostatycznego, ponieważ gęstoœć wody słonej i słodkiej jest inna. Powoduje to, że woda słodka przenika przez błonę. W rezultacie poziom wody słodkiej spada – w warunkach laboratoryjnych w zbiornikach, w warunkach naturalnych w akwenach. Ten spływ wody da się wykorzystać do wytwarzania elektrycznoœci.

W ujœciach rzek

Prace nad wykorzystaniem zjawiska osmozy do produkcji energii elektrycznej najbardziej zaawansowane sš w Norwegii, Japonii i Stanach Zjednoczonych. Pracujšcy nad tym zagadnieniem uczeni szacujš, że dzięki elektrowniom osmotycznym instalowanym w ujœciach rzek do mórz można by zaspokoić dziesištš częœć œwiatowego zapotrzebowania na elektrycznoœć.

Tego rodzaju instalacje powinny mieć ogromnš przewagę nad instalacjami solarnymi i wiatrowymi, ponieważ nie zależš od pogody, pory dnia, zachmurzenia, siły wiatru. Niestety, dotychczas nie udawało się wytworzyć odpowiednich błon, używane w doœwiadczeniach przez wiele zespołów membrany sš zbyt delikatne i mało wydajne.

Naukowcy z EFPL stworzyli bardzo wydajnš błonę z dwusiarczku molibdenu, gruboœci trzech atomów. Dwusiarczek molibdenu jest powszechnie dostępny, wydobywany z naturalnych złóż molibdenitu. Może być też otrzymany bezpoœrednio z molibdenu i siarki w wysokiej temperaturze i przy zmniejszonym ciœnieniu. Stosowany jest jako dodatek do smarów, katalizator, pokrycie pocisków – jako œrodek zmniejszajšcy tarcie o lufę.

W membranie z tego materiału znajdujš się nanopory, które umożliwiajš jonom z roztworu bardziej gęstego przenikanie do roztworu rzadszego (z wody słonej do słodkiej). W tym samym czasie elektrony sš kierowane do elektrody, aby wytwarzać energię elektrycznš.

Szwajcarscy naukowcy poœwięcili dużo czasu na optymalizację wielkoœci tych nanoporów. Jeœli sš zbyt duże, majš tendencję do przepuszczania zbyt obfitego strumienia jonów, natomiast zbyt małe nie przepuszczajš ich w dostatecznej iloœci, aby produkcja pršdu była na odpowiednim poziomie. Dlatego na razie eksperymenty z błonš z dwuwymiarowego grafenu, gruboœci jednego atomu węgla, nie przyniosły zadowalajšcych rezultatów, ale prace w tym kierunku prowadzone sš w EPFL bardzo intensywnie.

Metoda przyszłoœci

Połšczenie osmozy i grafenu okazało się bardzo obiecujšce w odsalaniu wody morskiej. Wody pitnej w skali œwiata brakuje. Rozwišzanie tego problemu zaproponowali inżynierowie z Massachusetts Institute of Technology. Postulujš zastosowanie błon z grafenu w procesie odwróconej osmozy.

Grafen, dwuwymiarowa warstwa gruboœci atomu węgla, ma pory o œrednicy poniżej nanometra (jednej miliardowej metra). Symulacja komputerowa wykazała, że odsalanie wody przy użyciu takiej błony byłoby 100 razy tańsze od dotychczas stosowanych metod. Odsalanie nie jest skomplikowane, lecz energochłonne i kosztowne. Litr morskiej wody zawiera 35 g różnych soli. Według norm Œwiatowej Organizacji Zdrowia woda jest przydatna do celów spożywczych, jeżeli zawartoœć soli w litrze nie przekracza 0,5 g. Współczesna technologia umożliwia osišgnięcie takiego poziomu. Poczštkowo najbardziej rozpowszechnione było destylowanie z wykorzystaniem goršcej pary – produktu ubocznego w elektrowniach.

Metoda odwróconej osmozy może wyprzeć destylację. Osmoza w naturze polega na przenikaniu wody przez błonę komórkowš z roztworu o stężeniu mniejszym do roztworu o stężeniu większym. W technologii oczyszczania wody zachodzi zjawisko odwrotne, roztwór o stężeniu większym, woda słona, przeciskany jest przez błonę technologicznš, w ten sposób oczyszcza się i staje się roztworem o stężeniu mniejszym niż woda morska.

ródło: Rzeczpospolita

WIDEO KOMENTARZ

REDAKCJA POLECA

NAJNOWSZE Z RP.PL