Общ

Тази нова технология генерира електричество, когато прясната вода се среща със солена вода


Изследователите от Пен Щат наскоро обявиха нова хибридна система за възобновяема енергия, която генерира безпрецедентно количество електроенергия от разликата между сладка и солена вода.

Регион, където сладката и солената вода се срещат в пролива Джорджия.[Източник на изображението:Stephengg чрез Flickr]

Новата система поражда възможна система, която използва енергията от мястото, където сладководната и солената вода се срещат в крайбрежните региони.

Генериране на електричество от разликите в солеността

Учените непрекъснато развиват възобновяеми технологии, които продължават да задвижват бъдещето. Въпреки че най-често срещаните видове производство на енергия от възобновяеми източници обикновено се признават за слънчеви, вятърни, хидро или приливни, има и друг малко по-малко известен метод. Във водни тела с различни концентрации на сол има практически неизползван източник на енергия.

Когато две водни тела се срещнат с две различни нива на соленост (т.е. солена и сладка вода), природните сили се опитват да изравнят концентрацията на солта. Солните йони ще текат от зоната с висока концентрация към зони с по-ниска концентрация, докато водата непрекъснато се смесва. В крайна сметка градиентът се изравнява и концентрацията остава идентична.

Въпреки това, ефектите са доста светски, когато две водни тела могат свободно да обменят солни йони.

Въвеждането на полупропусклива мембрана, която действа като бариера между двете водни тела, може да увеличи ефекта. Разрешаването на преминаването на водния поток, като същевременно ограничава преминаването на по-големите солни йони, води до натрупване на уникален вид налягане - официално известен катоосмотичното налягане.

С поставената бариера водата от сладководната страна се опитва да изравни концентрациите на солта в другата част. Тъй като обаче солта не може да премине през бариерата, тя остава в същото тяло.

Дори солта да остане на място, сладката вода ще продължи да тече в тялото на солената вода, което води до издигане на солената вода.

Пример за осмоза между две водни тела с различни концентрации на захар. Нивата на течности се повишават от едната страна с добавянето на захар, докато сладководната вода се опитва да изравни (подобно на солта). [Източник на изображението: Wikimedia Commons]

Осмотична мощност: неизползван възобновяем енергиен източник

По света има много крайбрежни региони, където сладководните води се вливат в морето. Според Penn State University,

"Тази разлика в концентрацията на сол има потенциал да генерира достатъчно енергия, за да се постигне 40 процента на глобалните потребности от електроенергия. "

Осмотична сила е енергията, налична между две водни тела с различна концентрация на сол. Случва се да бъде и един от най-известните източници на неизползвана енергия в света. Навсякъде, където сладководната вода се среща със солена вода, има потенциал да генерира почти половината от търсенето на енергия в света.

Изследователите обаче са изправени пред предизвикателството да намерят ефективно средство за събиране на неговата мощ.

В момента има два известни метода за използване на енергията от солена вода, включително обратнатаелектродиализа (ЧЕРВЕНО) изабавена осмоза под налягане (PRO).

PRO системите разчитат специално на потока от сладка вода към солена вода през мембрана. Методът включва изпомпване на сладка и солена вода до голяма полупропусклива мембрана. Theмембранна система с предна осмоза позволява само обмен на вода от прясна страна към потока на солената вода. В резултат на това налягането на солената вода се увеличава. Турбинният генератор може да използва енергията от водата под налягане и да я преобразува в електричество.

Генериране на електроенергия със забавена осмоза под налягане (PRO).[Източник на изображението: Уикипедия]

Обратна електродиализа

Вторият често използван метод за извличане на мощност от солеви градиенти е известен като обратна електродиализа (ЧЕРВЕНА). По същество ЧЕРВЕНОТО функционира като солена батерия.

Обикновено червените системи работят чрез изпомпване на солена вода в система, която има два отделни йонообменника. Единият позволява преминаването на положителен натрий, а другият позволява преминаването само на отрицателно зареден хлор. Тъй като солта се състои от хлор и натрий, тя е в изобилие в океаните.

Диаграма на обратната електродиализа.[Източник на изображението: Endy Nugroho чрез SlideShare]

Редуващи се между комплектите филтри е поток от вода, който създава разликата в концентрациите, принуждавайки анионите и катионите да преминават през мембраната. Разликата в заряда генерира напрежение между двете плочи, които могат да се трансформират в електричество чрез промяна на потока до по-ниска концентрация на сол.

За съжаление и двата метода страдат от сериозни недостатъци.

Проблемите с настоящото осмотично производство на енергия

PRO системите разчитат на мрежа от невероятно малки отвори, които изграждат мембраната. Въпреки това частиците (органични и неорганични) лесно се задържат в малките отвори. С всички частици в океана затруднява внедряването на мащабна система PRO. Освен това, системите PRO не могат да издържат на силите на супер солените води.

Създаването на търговски завод е едновременно скъпо и до голяма степен неефективно при съвременните технологии.

„PRO засега е най-добрата технология по отношение на това колко енергия можете да извлечете“, обяснява Горски. „Но основният проблем на PRO е, че мембраните, които транспортират водата чрез замърсяване, което означава, че върху тях растат бактерии или частици се забиват на повърхностите им, и те вече не транспортират вода през тях.“

При ЧЕРВЕНИТЕ технологии само разтворената сол тече през йонообменната мембрана - не и водата. Системата е по-ефективна за предотвратяване на замърсяването на мембраната. Системата обаче няма способността да произвежда значителни количества енергия.

Хибридизиращи решения: Революция от възобновяема енергия

Решение, включващо хибрид между две технологии, може да послужи като отговор на объркващия проблем.

Екип от учени от Penn State University измисли решението чрез хибридизиране на RED и CapMix технологиите.

Подобно на ЧЕРВЕНО, CapMix разчита на електроди, които улавят енергията от напрежението, което се развива при две различни концентрации на йони. Въпреки това, CapMix специално използва разликата в нивата на соленост, за да генерира заряд вместо потока на хлор и натрий.

За да работи системата, солена вода протича през тръба, където мембраните извличат заредени частици. Натрупват се две обвинения в противоположна сила. След това се въвежда разтвор с ниско съдържание на физиологичен разтвор, което кара електродите да се разтоварят във водата, като вследствие на това се генерира електричество.

Система за захранване CapMix. [Източник на изображението: Hatzell et al., Energy Environment. Sci. 7 през Penn State]

Две за едно

Наскоро екип от учени измисли метод за сключване на брак между двете идеи. Системата генерира 12,6 вата на квадратен метър, значително повече от другите солеви генератори.

„Чрез комбинирането на двата метода те в крайна сметка ви дават много повече енергия“, казва Горски.

Изградена по поръчка поточна клетка разделя каналите на водата с анионообменна мембрана. Системата използва меден хексацианоферат като електрод с графитно фолио за събиране на тока. Редуването на потока от физиологичен разтвор и прясна вода освобождава енергията и позволява нейното използване.

"Тук се случват две неща, които го карат да работи", добави Горски. „Първото е, че солта отива към електродите. Второто е, че хлоридът се пренася през мембраната. Тъй като и двата процеса генерират напрежение, вие в крайна сметка развивате комбинирано напрежение на електродите и през мембраната. "

Тъй като концентрацията на сол и потокът от заредени частици допринасят за производството на енергия, системата генерира значително повече от всеки друг физиологичен разтвор. Той също така не носи същите проблеми, тормозещи други системи.

Концентрационна поточна клетка с две плочи, които я държат заедно. Тръбите захранват системата със сол или сладка вода. [Източник на изображението: Дженифър Матюс през щат Пен]

Обещаващо решение

Технологията все още е в начален етап, но се оказва далеч по-ефективна от другите методи.

Хибридната технология генерира значително повече от другите самостоятелни техники.

„В 12,6 вата на квадратен метър, тази технология води до пикови плътности на мощността, които са безпрецедентно високи в сравнение с съобщените по-рано ЧЕРВЕНИ (2,9 вата на квадратен метър), и наравно с максимално изчислените стойности за PRO (9,2 вата на квадратен метър), но без проблеми с замърсяването. "Претендира изявление на Penn State.

В момента изследователите изследват стабилността на електродите за продължителни периоди. Резултатите са обещаващи, но технологията все още ще се нуждае от значително повече усъвършенстване, преди да е готова за мащабни експерименти.

Въпреки това, хибридната технология е съществена стъпка в правилната посока към чиста възобновяема енергия. Въпреки че е млад, той се насочва към изцяло нов енергиен източник - такъв, който някой ден може скоро да захрани толкова 40 процента на хуманитарните нужди от енергия.

Чрез Penn State

ВИЖТЕ СЪЩО: Какво наистина би било необходимо, за да се измъкне светът от възобновяемата енергия

Написано от Maverick Baker


Гледай видеото: ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ИЗ ВОДЫ ВЕЧНЫЙ ФОНАРИК ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ИГОРЬ БЕЛЕЦКИЙ (Юни 2021).