Электричество из соленой воды
Каждому школьнику известно, что осмотические процессы способствует транспортировке соков в растительных организмах. Скажем, в той же секвойе такое физическое явление, как осмос, помогают поднимать сок по стволу на высоту до 100 метров. Принцип функционирования данного процесса прост: при помещении в сосуд двух жидкостей разной концентрации, и разделении их полупроницаемой мембраной, возникает давление, которое способствует транспортировке жидкости.
Осмотическое явление, которое сопровождает жизнь на планете и очень важно для растений, может быть использовано в производстве электричества. Человеку совершенно не нужно прибегать к поиску источников энергии в космосе, улавливать электрические импульсы из воздуха, ведь то, что может помочь ему решить бытовые энергетические проблемы, "сосуществует" рядом.
Если в емкость, разделенную перегородкой, поместить вместе с пресной морскую воду, то разница концентрации растворенных в ней солей приведет к возникновению внутреннего осмотического давления и поднятия уровня воды в той части сосуда, где содержится соль. При этом молекулы воды совершат миграцию из зоны высокой концентрации в зону, где вода будет более очищенной от примесей. Примечательно, что целям энергетики служит перепад в уровнях воды. Результаты исследований показали, что при показателе солености морской воды 35 г/л, благодаря возникновению явления осмоса, наблюдается перепад давления в 2 389 464 Паскаля. Эффективности энергетического образования способствует проницаемость мембран, разделяемых емкости с водой, их селективность. Так как первые используемые в лабораторных условиях перегородки емкостей с водой не могли выдерживать высокого давления, идея применения осмотического явления для выработки электричества возникла лишь после того, как осмотические мембраны контейнеров начали выдерживать давление, превышающее водопроводное приблизительно в 20 раз. При этом пористость мембран была сохранена, несмотря на то, что они задерживали молекулы солей.
Перегородка водных емкостей, позволяющая задерживать не только минеральные соли, но и микроскопические частицы, выдерживать просто феноменальное давление, получила название мембраны Лоэба. Несмотря на то, что мембрана Лоэба была создана несколько десятилетий тому назад, она долгое время не использовалась в промышленности по причине своей чрезвычайно высокой стоимости, а также некоторой недостаточной проницаемости. К концу 80-х годов двое норвежских ученых – Хольт и Торсен – существенно модифицировали перегородку, применяемую в производстве осмотической энергии. В основу выпуска мембраны они заложили полиэтиленовые материалы на керамической основе. Если говорить по правде, то новое изобретение норвежцев фактически было обычной высококачественной полиэтиленовой пленкой с очень низкой проницаемостью. Именно последняя особенность, на фоне общей дешевизны производства такого рода мембран, и позволила построить в 2009 году норвежской компании «Statraft» первую в мире осмотическую электростанцию. За свои вполне успешные начинания энергетическая компания получила государственный гранд в сумме 29 млн. долларов. Все эти деньги до последней копейки, конечно же, были потрачены ею на реализацию проекта электрической станции, функционирующей на основе процессов осмоса. Правда, по той причине, что норвежская станция была построена в качестве экспериментального образца, основное предназначение которого заключалось не в выработке больших объемов электрической энергии, а лишь в демонстрации возможностей получения электричества из соленой воды, осмотическая электрическая установка до сих пор не производит более 4 кВт энергии. Хоть такого количества энергии хватает лишь для того, чтобы вскипятить два электрочайника, энергетические способности осмотических электростанций могут быть вполне существенными, да и рентабельность производства электричества, благодаря использованию явления осмоса, куда выше традиционного.
Большие надежды подает применение в производстве осмотических мембран графеновых пленок. Мембраны из этих материалов, толщиной в один атомный слой, несмотря на то, что становятся полностью проницаемыми для молекул воды, могут прекрасно перекрывать путь любым другим примесям. Над разработкой эффективных мембран сегодня трудятся ученые Франции, Японии и США. Если в ближайшее время удастся устранить все недостатки такого рода мембран, человеческое общество, возможно, уже будет использовать энергию осмоса в больших промышленных масштабах. В отличии от станции, работающих от энергии солнца и ветра, подобные установки смогут работать беспрерывно – круглые сутки.
Перспективность использования явления осмоса в энергетических целях подтверждается хотя бы даже тем фактом, что ежегодный сброс пресных вод измеряется объемом в 3700 кубических километров. Даже если человек будет эксплуатировать лишь малую часть предоставляемого ему природой ресурса – около 10% объема, более 1,5 ТВт/часов электроэнергии, или практически 50% общего энергопотребления стран Европы, удастся обеспечить. Многообещающе и использование энергии глубин Мирового океана. Общеизвестно, что по причине перепада и существенного изменения температуры воды соленость морской воды возрастает. Потому, делая опору на температурный градиент солености, со временем можно будет переключиться на одну только морскую акваторию, отказавшись от использования в энергетических целях пресноводной воды.
