Centrale Osmotique: l'énergie pure de l'eau salée

Il faut avertir tout de suite: il n'y a pas d'erreur dans le titre, il n'y aura pas d'histoire sur l'énergie cosmique en accord avec le nom. Nous laisserons cela aux ésotéristes et aux écrivains de science-fiction. Et nous parlerons du phénomène habituel avec lequel nous coexistons tout au long de la vie.

Combien de personnes savent en raison de quels processus les jus des arbres atteignent une hauteur considérable? Pour le séquoia, c'est plus de 100 mètres. Ce transport de jus vers la zone de photosynthèse se produit grâce au travail de l'effet physique - osmose. Il s'agit d'un phénomène simple: dans deux solutions de concentrations différentes, placées dans un récipient à membrane semi-perméable (perméable uniquement aux molécules de solvant), une différence de niveau apparaît au bout d'un certain temps. Dans la traduction littérale de la langue grecque l'osmose est une poussée, une pression.

Et maintenant, de la faune, nous reviendrons à la technologie. Si la mer et l'eau douce sont placées dans un récipient avec un septum, alors en raison de différentes concentrations de sels dissous apparaît pression osmotique et le niveau de la mer monte. Les molécules d'eau passent d'une zone de concentration élevée à une zone de solution, où il y a plus d'impuretés et moins de molécules d'eau.

La différence de niveau d'eau est en outre utilisée de la manière habituelle: c'est le travail familier des centrales hydroélectriques. La seule question est Dans quelle mesure l'effet d'osmose est-il adapté à une utilisation industrielle? Les calculs montrent que lorsque la salinité de l'eau de mer est de 35 g / litre, une chute de pression de 2 389 464 Pascal soit environ 24 atmosphères se crée en raison du phénomène d'osmose. En pratique, cela équivaut à un barrage d'une hauteur de 240 mètres.

Mais outre la pression, la sélectivité des membranes et leur perméabilité sont également une caractéristique très importante. Après tout, les turbines ne génèrent pas d'énergie à partir d'une pression différentielle, mais à cause du débit d'eau. Ici, jusqu'à récemment, il y avait de très graves difficultés. Une membrane osmotique appropriée doit résister à une pression qui est 20 fois supérieure à la pression dans l'approvisionnement en eau habituel. En même temps, ont une porosité élevée, mais conservent les molécules de sel. La combinaison d'exigences contradictoires pendant longtemps n'a pas permis l'utilisation de l'osmose à des fins industrielles.

Pour résoudre les problèmes de dessalement, l'eau a été inventée Membrane Loebqui a résisté à une pression énorme et a retenu des sels minéraux et des particules jusqu'à 5 microns. Pendant longtemps, il n'a pas été possible d'appliquer des membranes Loeb pour l'osmose directe (production d'électricité), car ils étaient extrêmement chers, capricieux en fonctionnement et avaient une faible perméabilité.

Une percée dans l'utilisation des membranes osmotiques est survenue à la fin des années 80, lorsque les scientifiques norvégiens Holt et Thorsen ont suggéré d'utiliser film plastique à base de céramique modifié. L'amélioration de la structure du polyéthylène bon marché nous a permis de créer la conception de membranes spirales adaptées destiné à être utilisé dans la production d'énergie osmotique. Pour tester la technologie de génération d'énergie à partir de l'effet osmose, en 2009, la première expérience centrale électrique osmotique.

Ayant reçu une subvention de l'État et dépensé plus de 20 millions de dollars, la société norvégienne d'énergie Statkraft est devenue un pionnier dans un nouveau type d'énergie. La centrale électrique osmotique construite produit environ 4 kW d'électricité, ce qui est suffisant pour fonctionner ... deux bouilloires électriques. Mais les objectifs de la construction de la station sont beaucoup plus sérieux: après tout, tester la technologie et tester en conditions réelles les matériaux des membranes ouvrent la voie à la création de structures beaucoup plus puissantes.

L'attrait commercial des stations commence par une efficacité de suppression de puissance de plus de 5 watts par mètre carré de membranes.À la station norvégienne de Toft, cette valeur dépasse à peine 1 W / m2. Mais déjà aujourd'hui, des membranes d'une efficacité de 2,4 W / m2 sont testées et, d'ici 2015, une valeur rentable de 5 W / m2 est attendue.

Centrale électrique osmotique de Toft

Mais il existe des informations encourageantes d'un centre de recherche en France. En travaillant avec des matériaux à base de nanotubes de carbone, les scientifiques ont obtenu sur les échantillons l'efficacité d'extraction d'énergie par osmose d'environ 4000 W / m2. Et ce n'est pas seulement rentable, mais dépasse l'efficacité de presque toutes les sources d'énergie traditionnelles.

Des perspectives encore plus impressionnantes promettent une application films de graphène. Une membrane d'une épaisseur d'une couche atomique devient complètement perméable aux molécules d'eau, tout en conservant les autres impuretés. L'efficacité d'un tel matériau peut dépasser 10 kW / m2. Des sociétés de premier plan au Japon et en Amérique se sont jointes à la course pour créer des membranes haute performance.

Si au cours de la prochaine décennie, il sera possible de résoudre le problème des membranes pour les stations osmotiques, alors une nouvelle source d'énergie occupera une place de premier plan pour fournir à l'humanité des sources d'énergie respectueuses de l'environnement. Contrairement à l'énergie éolienne et solaire, les usines d'osmose directe peuvent fonctionner 24h / 24 et ne sont pas affectées par les conditions météorologiques.

La réserve mondiale d'énergie d'osmose est énorme - le débit annuel d'eau douce de rivière est de plus de 3 700 kilomètres cubes. Si seulement 10% de ce volume peut être utilisé, alors plus de 1,5 TW / h d'énergie électrique peut être générée, c'est-à-dire environ 50% de la consommation européenne.

Mais non seulement cette source peut aider à résoudre le problème énergétique. Avec des membranes très efficaces, l'énergie des profondeurs de l'océan peut être utilisée. Le fait est que la salinité de l'eau dépend de la température et qu'elle est différente à différentes profondeurs.

En utilisant des gradients de température de salinité, vous ne pouvez pas être attaché à l'embouchure des rivières lors de la construction de stations, mais simplement les placer dans les océans. Mais c'est la tâche d'un avenir lointain. Bien que la pratique montre que faire des prédictions en technologie est une tâche ingrate. Et demain, l'avenir peut frapper notre réalité.

Comments

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Et pouvez-vous expliquer plus en détail la mécanique du processus? Et puis moi, comme cette grand-mère, qui m'a parlé en détail du principe de fonctionnement d'une machine à vapeur sur une locomotive à vapeur, puis elle a dit: "Tout est clair, fils, c'est clair. Dites-moi simplement où le cheval est attelé?" Supposons qu'une station d'épuration rejette les eaux usées après traitement en mer, c'est-à-dire nous avons deux sources d'eau de salinité différente, de plus, l'eau de mer est présente comme statique et l'eau douce est constamment rejetée. Et alors? Disons, ils ont organisé un autre réservoir avec une membrane au milieu, dans une moitié - de l'eau douce, dans l'autre - quelque chose de salé - salé ... Et alors? Verrons-nous vraiment que le niveau d'eau monte de moitié avec l'eau salée? Il semble clair que la différence de niveaux peut déjà être utilisée. Mais de toute façon, commentez.

[#2]

Idée intéressante ...
Cependant, la question est - pourquoi clôturer un jardin de membranes pour faire monter l'eau salée à l'embouchure de la rivière? Il est peu probable que l'énergie potentielle du volume d'eau salée soulevée par l'osmose dépasse de manière significative l'énergie du débit de la rivière à l'embouchure ...
Pourquoi est-il plus rentable de créer un delta avec osmose, alors qu'il est déjà disponible - l'eau douce coule dans la mer à partir d'une rivière. ..... La technologie de l'osmose propose de bloquer l'eau douce avec une membrane à travers laquelle cette même eau pénètrera dans l'eau salée .... eh bien, et montera jusqu'à un certain niveau ...Comment obtenir un bilan énergétique positif dans un système à membrane par rapport à l'utilisation directe de l'énergie de vidange d'un volume d'eau donné?

[#3 Jacob]

Une centrale électrique osmotique contrôle le mélange du sel et de l'eau douce, extrayant ainsi l'énergie de l'entropie croissante des liquides. Le mélange a lieu dans un réservoir, qui est divisé en deux compartiments par une membrane semi-perméable. L'eau de mer est fournie à un compartiment et fraîche à un autre. En raison de la concentration différente de sels dans la mer et l'eau douce, les molécules d'eau du compartiment frais, essayant d'équilibrer la concentration de sel, passent à travers la membrane dans le compartiment marin. À la suite de ce processus, une surpression est générée dans le compartiment d'eau de mer, qui à son tour est utilisé pour faire tourner l'hydroturbine produisant de l'électricité.

[#4]

Je voudrais voir un lien vers des informations encourageantes qui disent 4 kW par m ^ 2. Eh bien, j'aimerais savoir comment ils vont nettoyer les membranes qui, dans l'eau de mer, se bouchent instantanément avec toutes sortes d'impuretés.