Новый метод позволит добывать до 40% мировой энергии
Исследователи из Университета штата Пенсильвания разработали новую технологию, которая в перспективе позволит генерировать неограниченные объёмы электроэнергии в устьях рек, впадающих в моря. В её основе лежат усовершенствованные методы энергодобычи в процессе взаимодействия солёной и пресной воды.
По мнению учёных из Университета штата Пенсильвания, их разработка в перспективе сможет удовлетворить до 40% мировой потребности в электроэнергии. Новая технология представляет собой дальнейшее развитие существующих способов получения энергии в результате взаимодействия солёной и пресной воды.
Один из самых известных методов энергодобычи за счёт использования морской и речной воды реализован с помощью осмотической электростанции. В резервуаре, который разделён на два отсека специальной мембраной, происходит процесс контролируемого осмоса — односторонней диффузии пресной воды в морскую. За счёт разницы в концентрации солей молекулы воды из "речного" отсека стремятся переместиться сквозь мембрану в "морской" отсек. В результате в отсеке с солёной водой формируется избыточное давление, которое, повышая уровень жидкости, используется для вращения гидротурбины, вырабатывающей электроэнергию.
В 2009 году была запущена первая и пока единственная в мире осмотическая электростанция, принадлежащая норвежской госкорпорации Statkraft. Она расположена в деревушке Тофте на берегу Северного моря. Комплекс стоимостью более 20 млн долларов строили в течение 10 лет. В тестовом режиме станция производила от двух до четырёх киловатт энергии. Из-за низкой эффективности и туманных перспектив Statkraft отказалась от дальнейшего развития проекта. Специалисты Университета штата Пенсильвания считают, что основная проблема осмотической электростанции — её мембраны, поры которых быстро закупориваются из-за микроорганизмов и взвешенных в воде частиц.
Существует и другой способ получения энергии за счёт взаимодействия солёной и пресной воды — обратный электродиализ. Он заключается в использовании мембран, сквозь которые под действием электрического поля проходят ионы растворённого вещества — хлорида натрия. Проблема загрязнения мембран отпадает сама собой, но КПД такой установки ещё ниже, чем в предыдущем случае.
Третья известная технология — CapMix — похожа на предыдущую, только вместо мембран используются электроды, один из которых погружается в морскую воду, а другой — в речную. Этот метод на данный момент работает только в лабораторных условиях и не позволяет генерировать достаточную мощность.
Исследователям из Университета штата Пенсильвания удалось создать гибридный метод, объединяющий в себе достоинства обратного электродиализа и технологии CapMix. Через специальную ячейку, разделённую ионообменной мембраной, пропускают два потока воды — из моря и из реки. При этом в оба канала погружены электроды, а солёная и пресная вода постоянно меняются местами за счёт перенаправления их потоков, тем самым перезаряжая ячейку. Этот метод позволяет снимать 12,9 Вт мощности с одного квадратного метра рабочей поверхности, в то время как обратный электродиализ даёт лишь 2,9 Вт, а осмос — 9,2 Вт.
Учёные считают, что применение этой технологии в будущем позволит значительно снизить долю энергии, получаемой из традиционных источников, что, в свою очередь, окажет положительный эффект на экологическую обстановку. В настоящее время они продолжают исследования, пытаясь выяснить, как повысить эффективность процесса за счёт других веществ, содержащихся в морской воде.
