Różnica w zasoleniu wód a możliwość wytwarzania energii elektrycznej

Energia dyfuzji to nic innego jak energia pozyskana z gradientu stężenia wody i wiąże się z zasoleniem. Dyfuzja wody morskiej to jedno ze źródeł odnawialnych o największym potencjale  na świecie. Jednak możliwości techniczne pozwalające na wykorzystanie tej formy energii są obecnie niewielkie.

Sama koncepcja budowy elektrowni, która miałaby korzystać z miejscowego gradientu zasolenia wody morskiej, polega na pozyskaniu energii pochodzącej z różnicy potencjałów energii chemicznej dwóch roztworów o różnych stężeniach soli. Krócej ujmując – chodzi o miejscowe różnice w zasoleniu wody. Aby wykorzystać to zjawisko na cele energetyczne używane są pompy dyfuzyjne lub bezpośrednio silniki dyfuzyjne. Pracują one między dwoma źródłami: dolnym i górnym, które są w różnym stopniu zasolone. Środowisko naturalne dysponuje takimi miejscami, gdzie występują wymagane źródła. Są to przede wszystkim ujścia rzek do mórz lub oceanów. Korzystne warunki panują również w mniejszych zbiornikach wodnych o dużym zasoleniu, przykładami mogą być: Morze Martwe, wyrobiska kopalń i studnie głębinowe.

Mechanizmem, który odpowiada za możliwość wykorzystania energii powstającej w wyniku różnic zasolenia jest zjawisko ciśnienia osmotycznego. Pojawia się ono między dwoma roztworami o różnej gęstości, które dążą do równowagi. Różnica gęstości wynika oczywiście z zawartości rozpuszczonej w wodzie soli. Dla przykładu: w przypadku wody morskiej o zasoleniu 35 promili ciśnienie osmotyczne wynosi około 24-105 Pa. Mieszając taka wodę ze strumieniem wody słodkiej, którego natężenie przepływu wynosi 1 m3/s, można teoretycznie uzyskać moc 2 MW. W praktyce jest to jednak znacznie mniejsza wartość, ponieważ sprawność przetwarzania jest na poziomie 3 do 20 proc.

Globalny potencjał, jaki jest możliwy do wykorzystania energetycznego różnic w zasoleniu wody morskiej i słodkiej, szacowany jest na 1,4 do 2,6 terawatów (TW). Stanowi to około 20 proc. światowego zapotrzebowania na energię elektryczną. Dodatkowo na korzyść takiego rozwiązania przemawia fakt, że ten naturalny proces nie powoduje emisji gazów cieplarnianych ani innych zanieczyszczeń atmosfery. Mimo wszystko dotychczas poznane techniczne możliwości wykorzystania tej formy energii mórz i oceanów są niewielkie.

Na cele konwersji energii wytwarzanej w związku z zasoleniem wód na energię elektryczną możliwe jest wykorzystanie trzech zjawisk. Jest to wspomniana już osmoza, czyli zjawisko polegające na występowaniu różnicy ciśnień, drugim zjawiskiem jest dializa, która polega na wykorzystaniu różnicy przepuszczalności cząstek przez błony, natomiast trzecią opcją jest elektrodializa, wynikająca z różnicy przepuszczalności jonów. Naukowcy z Europy badają źródło czystej energii odnawialnej, którą można by pozyskiwać poprzez mieszanie wody słodkiej i słonej.

Dotychczas opracowane zostały dwie metody – metoda ciśnieniowa opóźnionej osmozy-PRO oraz metoda odwróconej elektrodializy-RED. Unia Europejska finansuje projekt CAPMIX, który powstał w celu opracowania nowej, innowacyjnej technologii pozyskiwania energii z gradientu zasolenia. Jego nazwa stanowi skrót z angielskiego „capacitive mixing” oznaczającego mieszanie pojemnościowe. Jest to nowa metoda, która pozwala na pozyskanie energii wynikającej z różnic zasolenia. Wytwarzanie energii elektrycznej odbywa si ę poprzez proces mieszania, jest to metoda bezpośrednia. Wpływa to na brak konieczności używania skomplikowanych i kosztownych konwerterów. Projekt ten przyczynił się do powstania nowej technologii, którą można zastosować na całym świecie. Może ona okazać się opłacalna przy jednoczesnym korzystnym wpływie na środowisko.

Na II Konferencji Energii Gradientu Zasolenia, która odbyła się we wrześniu zeszłego roku, przedstawione zostały założenia wszystkich trzech istniejących metod, a także innowacyjne podejścia, takie jak połączenia mikrobiologicznego ogniwa paliwowego z metodą RED.

Dotychczasowe doświadczenia nad przetwarzaniem energii różnic zasolenia z wykorzystaniem zjawisk osmozy, dializy i elektrodializy na energię elektryczną wskazują na nieopłacalność tych metod.

 

Previous Article

Prosument: W naborze dla banków znowu tylko BOŚ

Next Article

Magazynowanie energii z wykorzystaniem roztopionej soli

Dodaj komentarz