Источник энергии - осмос
22 мая 2003 г.
Понимая, что запасы ископаемых энергоресурсов уже в обозримом будущем начнут иссякать, а использование ядерных технологий связано – во всяком случае, пока, – со значительным риском, человечество в последние годы всё активнее пытается поставить себе на службу разного рода альтернативные источники энергии.
Осмотическое давление: что это такое?
Учёные Исследовательского центра GKSS, расположенного в окрестностях Гамбурга, активно разрабатывают технологию, которая позволила бы добывать энергию за счёт давления, возникающего при слиянии пресной и солёной воды там, где реки впадают в море. Речь идёт о так называемом осмосе. Наверное, далеко не все сразу же вспомнят из школьного курса химии, что же это такое. Обычно там, где река впадает в море, пресная вода просто перемешивается с солёной, и никакого давления, которое могло бы послужить источником энергии, там не наблюдается. Доктор Клаус-Виктор Пайнеман (Klaus-Viktor Peinemann), возглавляющий в Исследовательском центре отдел химии, поясняет, какие условия необходимы для возникновения осмотического давления:
"Если перед смешиванием морскую воду и пресную разделить фильтром, причём особым фильтром – специальной мембраной, способной пропускать воду, но непроницаемой для соли, – то стремление растворов к термодинамическому равновесию и выравниванию концентраций сможет реализоваться только за счёт того, что вода будет проникать в раствор соли, а соль в пресную воду не попадёт".
Сродни давлению воды у подножия водопада
Если же это происходит в закрытом резервуаре, то со стороны морской воды возникает избыточное гидростатическое давление, называемое осмотическим. Чтобы использовать его для производства энергии, в месте впадения реки в море нужно установить большой резервуар с двумя камерами, отделёнными друг от друга полупроницаемой мембраной, пропускающей воду и не пропускающей соль. Одна камера заполняется солёной, другая – пресной водой. Возникающее при этом осмотическое давление может быть очень велико, – подчёркивает доктор Пайнеман:
"Оно достигает примерно 25-ти бар – это соответствует давлению воды у подножия водопада, низвергающегося с высоты в 100 метров".
Идея с 40-летним стажем
Находящаяся под столь высоким осмотическим давлением вода подаётся на турбину генератора, вырабатывающего электроэнергию. Казалось бы, всё просто. Стоит ли удивляться тому, что идея использовать осмос как источник энергии зародилась более 40-ка лет назад, – говорит доктор Пайнеман:
"Одним из главных препятствий в то время стало отсутствие мембран должного качества. Мембраны были очень-очень медленными, так что и эффективность такого осмотического электрогенератора была бы крайне низкой. Но в последующие 20-30 лет произошло несколько технологических прорывов. Сегодня мы научились производить чрезвычайно тонкие мембраны, а это значит, что их пропускная способность стала значительно выше".
Все дело – в создании особой мембраны
Ещё год назад многие специалисты не верили в возможность создания такой мембраны, которая позволила бы на практике реализовать осмотическое энергопроизводство. Но сегодня химики Исследовательского центра GKSS уверены, что решили проблему. В ходе экспериментов их мембрана, по составу мало отличающаяся от всем знакомой полиэтиленовой плёнки, проявила себя с самой лучшей стороны. Один из разработчиков, Карстен Бликке (Carsten Blicke), поясняет:
"Её толщина составляет около 0,1 микрометра. Для сравнения можно сказать, что, скажем, человеческий волос имеет толщину от 50 до 100 микрометров. Именно эта тончайшая плёнка и отделяет в конечном счёте морскую воду от пресной".
Невидимка с волшебными свойствами
Понятно, что столь тонкая мембрана не может сама по себе выдержать высокое осмотическое давление. Поэтому она наносится на пористую, напоминающую губку, но прочную основу. В целом такая перегородка выглядит как глянцевая бумага, однако то, что на ней имеется плёнка, невооружённым глазом заметить невозможно.
Пилотная установка, возводимая в одном из фьордов на севере Норвегии, должна обеспечить электроэнергией 300 тысяч семей. Теоретически в одной только Норвегии за счёт осмоса может быть выработано столько энергии, что её хватит на 1,2 миллиона семей, – утверждает компания "Statkraft".