Дерево

Энергия из воды

Осмотическая электростанция

Осмотические электростанции (ОЭС) имеют отношение к альтернативной экологически чистой энергетике и находятся на стадии внедрения. Осмотическая электростанция – это гидроэлектростанция, основанная на смешивании солёной и пресной воды через полупроницаемую мембрану, т. е. на процессе осмоса.

Осмос – это вид давления, играющий важную роль во многих естественных процессах, где регулируются концентрации веществ, например в экологии водоёмов. Людьми явление осмоса применяется в различных фильтрационных установках. Осмотическая электростанция по эффективности находится ниже солнечных батарей, ветрогенераторов, биотопливных станций, но выше приливных гидроэлектростанций.

Принцип работы осмотической электростанции.

ОЭС имеет резервуары с солёной морской водой и с пресной водой. Резервуары разделены полупроницаемой мембраной (на рисунке обозначена буквой М), которая пропускает только воду. Как известно солей в морской воде (на рисунке это левый отсек резервуарв W2) больше, чем в пресной воде. Молекулы пресной воды стремятся туда, где концентрация соли больше, при этом в резервуаре с морской водой объём жидкости увеличивается. Мембрана задерживает соли. Непрерывный поток через мембрану пресной воды в сторону солёной образует избыточное давление P в отсеке с морской водой.

Отводимая вода из морского резервуара приводит в действие гидротурбину (на рисунке ниже обозначена цифрой 6), вырабатывающую энергию. При концентрации соли в 35 г/литр путём осмоса создается перепад давления 2389464 Паскаля или примерно 24 атмосферы — это соответствует плотине высотой в 240 м. Сила давления зависит от площади мембраны. Важными также являются селективность и проницаемость мембран.

История развития осмотической электростанции.

Идея производства энергии с использованием осмоса появилась в 70-х годах прошлого века, но тогда мембраны ещё не обладали достаточной эффективностью. Для выгодного использования осмотической энергии нужно чтобы эффективность мембраны составляла более 5 Вт/м2.

Соленый киловатт: осмос

Повышение эффективности мембраны — это главная задача сейчас. На сегодняшний день отрабатываются технологии и испытываются материалы для мембран. Первый в мире прототип солевого генератора был запущен в Норвегии госэнергокомпанией Statkraft в 2009 году. Мощность этой электростанции – 5 кВт – это по прежнему очень мало, но первые шаги уже сделаны. На норвежской ОЭС использована спиральная мембрана из модифицированной полиэтиленовой плёнки на керамической основе, изобретённой в 80-х годах норвежскими учёными. В качестве материала для мембраны также рассматриваются углеродные нанотрубки и ещё более эффективные графеновые плёнки.

Преимущества осмотической электростанции:

  1. Игнорирование климатических условий — ветра и солнца. Это выгодно отличает осмотическую от солнечной, ветровой или приливной электростанций
  2. Не угрожает парниковыми газами, не создаёт выброса токсичных веществ
  3. Ресурсы, затраченные на работу электростанции возобновляемы
  4. Дешёвое сырьё
  5. Производит постоянное предсказуемое количество энергии

Недостаток осмотической электростанции заключается в том, что её возможно использовать лишь на морских побережьях. Невозможность повсеместного её использования объясняется отсутствием одновременно в одном месте и солёной и пресной воды.

Новая технология фирмы BlackLight Power, Inc, под рабочим названием "Теория гидрино" — это процесс состоящий из химических реакций, в результате которых непосредственно вырабатывается электрическая энергия от преобразования водяного пара, в новую более стабильную форму молекул водорода. Исследователи заявили, что открытие компании "представляет собой фундаментальный прорыв в экологически чистых энергетических технологиях".

Академическая группа, в которую вошли кандидаты от Массачусетского технологического института и Калифорнийского технологического института, подтвердили в своих независимых исследованиях, что BlackLight добился исключительного технологического прорыва в процессах создания чистой энергии со своей технологией Catalyst — Induced — Hydrino — Transition, к тому же ее внедрение не требует весомых капитальных затрат.

"Технология BlackLight — постоянно действующая, мощная система производства, использующая водяной пар для превращения его в электричество, кислород и новую, более стабильную форму водорода — Гидрино, потенциал энергии горения которого в 200 раз больше, чем непосредственно водорода",- сказал Рэнделл Миллс, физик, исполнительный директор, президент BlackLight Power, Inc, и изобретатель процесса. Немаловажным является тот факт, что в свободной форме водород не доступен и может быть получен только с использованием энергии, а водяной пар повсеместно может быть получен даже из воздуха.

BlackLight Power, Inc задействовал в общей сложности 75 миллионов долларов активов для развития и коммерциализации своих технологий, и имеет лицензионные соглашения с компаниями, для использования своих запатентованных коммерческих проектов и процессов в системах отопления и производства электроэнергии. В ближайших планах компании реализовать пилотную установку в 100 Вт, которую планируют завершить к концу 2012 года и 1,5 кВт установку, которая сможет служить для сектора жилой электроэнергетики. В коммерческую продажу, она поступит после введения в эксплуатацию в начале 2013 года.

Дешевая энергия из воды

Идея получения энергии из водорода не нова. Все мы помним тотальную гонку вооружений, в которой не последнюю нишу занимали водородные бомбы. Однако радует тот факт, что ученые обратили свои усилия, чтобы обратить воду, а в частности ее составляющую – водород на благо человечества, а не для его уничтожения. Профессор Массачусетского технологического университета Дениел Носера вместе со своими помощниками разработали новую технологию получения экологически чистой энергии из воды.

Разработчики Sun Catalytix уверены, что их изобретение сможет применяться не только для обеспечения энергией отдельных домов и учреждений, но даже и в транспортных средствах.

Создан прототип очень мощной осмотической электростанции

Их уверенность была подкреплена 4 млн. долларов в виде гранта от Агентства исследований в области энергетики и индийского машиностроительного гиганта Tata.

Компанией General Electriс в сотрудничестве с Национальной лабораторией им. Лоуренса в Беркли, расположенной в штате Калифорния США «Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley Lab» разработана новейшая технология по накоплению энергии из воды.

Как утверждают ученые, заряда, которые создают новые батареи, хватает для преодоления расстояния до 400 километров на электрических автомобилях без дополнительной подзарядки. При этом стоимость новейшего устройства составляет четверть стоимости классических аккумуляторов.

Суть работы нового аккумулятора состоит в следующем: данное изобретение – это электрохимическая батарея, которая способна накапливать энергию и отдавать ее при протекании электрохимических реакций в емкости, наполненной водой. Однако стоит заметить, что в данных батареях используется непривычная нам вода. Скорее всего это можно назвать химическим раствором различных соединений. Данный раствор способен выделять одновременно несколько свободных электронов, что стало возможным благодаря качественно подобранному составу электролита. Данное свойство позволяет создать высокие показатели плотности энергии.

Давайте теперь рассмотрим строение этой аккумуляторной батареи. Данная система называется потоковой. В ней применяются два резервуара: в одном находится первоначальный электролит, а во втором электролит, который получил электрический заряд. В процессе подзаряда электрохимический раствор из первой емкости проходит во вторую, перемещаясь через электрохимический реактор, который состоит из определенного числа ячеек. Для получения электрической энергии рассматриваемый процесс движется в противоположном направлении. Эта система является достаточно безопасной, так как оба вида раствора хранятся в отдельных резервуарах и не смешиваются между собой. В результате чего полностью исключается возможность взрыва автомобиля в случае аварии из-за моментального выделения энергии.

Григорий Соловейчик , который является руководителем проекта, очень эмоционально отзывался о совместном изобретении. Он сообщил, что вся команды была очень взволнована тем, что их «детище» повлияет на все дальнейшее развитие электрических автомобилей. Соловейчик уточнил, что данные автомобили станут доступнее для граждан, благодаря низкой стоимости аккумуляторов и быстроте их заряда.

На сегодняшний день в электрических автомобилях используются в основном литий-ионные и литий-полимерные батареи. Новые аккумуляторы General Electric превосходят их по уровню безопасности в несколько раз. Эти аккумуляторы разработаны таким образом, что подойдут на все имеющиеся электрические автомобили. Таким образом, можно сказать, что изобретение компаний General Electric и Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley Lab является прорывом в области создания аккумуляторных батарей.

Найден новый способ добычи энергии из воды

Группа ученых сконструировала электрохимический элемент, способный эффективно использовать разность солёностей морской и пресной воды в качестве источника энергии. Энергию будут добывать из разницы между пресной и солёной водой.

В природе такая химическая энергия, запасаемая под действием Солнца, которое поддерживает водооборот, рассеивается при смешивании пресной и морской воды. Первый проект её использования появился в 1954 году, а одну из наиболее перспективных современных схем в 2009 году представил итальянский исследователь Дориано Броджоли. Разработанное им устройство во многом напоминает ионистор с электродами из активированного угля.

Реализовать схему Броджоли на практике, однако, довольно трудно, поскольку она чувствительна к примесям и растворённому кислороду. Рассматриваемый вариант электрохимической установки таких проблем лишён.

Работу нового элемента обеспечивают "анионный" и "катионный" электроды. В начале цикла эти электроды, в структуру которых включены соответствующие ионы, погружены в раствор низкой ионной силы — речную воду. На первом этапе батарея заряжается путём извлечения Cl- и Na+ из электродов, после чего речная вода заменяется морской, что сопровождается увеличением разности потенциалов между электродами. На третьем шаге батарея разряжается , а затем пресная вода вытесняет морскую, завершая цикл и снижая разность потенциалов.

Второй и четвёртый этапы проходят без выделения и поглощения энергии, тогда как на первой стадии энергия расходуется на "вытаскивание" ионов из кристаллической структуры. Третья фаза цикла сопровождается выработкой энергии, причём здесь можно получить определённый выигрыш за счёт того, что одинаковый объём заряда выделяется и поглощается на первом и третьем этапах при неодинаковой разности потенциалов. По расчётам авторов, функционирующая по такому принципу электростанция, которая обрабатывает речную воду со скоростью в 40 м3/с, могла бы выдавать до 100 МВт.

Устройство продемонстрировало эффективность преобразования энергии в 75% и стабильно и надёжно работало с "природными" образцами воды. Характеристики установки можно значительно улучшить, подобрав оптимальное расположение электродов.

Важным преимуществом своей технологии американцы считают то, что она работает и при низкой температуре. Если человечество полностью освоит этот возобновляемый источник энергии, оно сможет получать до 2 ТВт, что составляет около 13% от его нынешних потребностей.

Водород прекрасный возобновляемый, экологически чистый источник энергии. Одной из технологий получения водорода из воды является процесс электролиза, для реализации которого  необходима электроэнергия. В свою очередь электроэнергию мы можем получать из таких условно бесплатных и экологически чистых источников как солнце и ветер. Кроме всех прочих преимуществ, реализация этой цепочки позволит аккумулировать и «хранить» энергию солнца и ветра, что в разы повысит эффективность использования этих источников энергии и откроет новые возможности ее использования.

С высокой вероятностью можем предположить, что получение водорода из воды в промышленных масштабах с помощью экономически обоснованной технологии ознаменует новый виток развития нашей цивилизации. Над решением этой задачи работают лучшие умы и множество научных лабораторий.

Водородная энергетика — новый шаг

Ученые SLAC National Accelerator Laboratory Университета Торонто сделали новый весьма значимый шаг для развития водородной энергетики. Они разработали новый тип геля-катализатора, который применяется при получении водорода из воды через электролиз. Эффективность их геля-катализатора в три раза превышает существующие аналоги.

Применение этого геля является экономически целесообразным, поскольку при его производстве используются относительно недорогие доступные для промышленного производства металлы, такие как – железо, кобальт и вольфрам. Так же преимуществом этого геля является то, что, как утверждает один из его создателей Aleksandra Vojvodic, производство геля несложно поставить на промышленные рельсы.

Ученые SLAC National Accelerator Laboratory утверждают, что идеи и решения, благодаря которым был создан этот материал. весь свой потенциал еще не исчерпали – есть куда двигаться дальше. Будем ждать новых изобретений и решений.

У автора этого материала нет сомнений, что рано или поздно, источник экологически чистой энергии, альтернативный углеводородам, будет создан. И конечно хотелось что бы «рано», а не поздно, поскольку динамика экологической ситуации на нашей планете весьма удручающая.

В местах, где реки впадают в моря или океаны, пресная вода смешивается с солёной, и этот процесс способен поставлять человечеству немало даровой энергии. Ныне Дориано Броджиоли из университета Милана придумал простое и недорогое устройство для её извлечения.

О потенциале естественных источников такого рода учёные задумывались давно. Даже известны методы получения тока из мест контакта речной воды с морской. Экспериментальные установки вырабатывали мощность до киловатта на каждый литр пресной воды, протекающий через систему в секунду. Но методы эти базируются на специальных мембранах, через которые должна проходить вода. А мембраны эти дороги, и у них ограничен срок службы.

Дориано же разработал иной вариант технологии, основанный на конденсаторе с двойным электрическим слоем. «Основная идея заключается в том, что потенциал двойного электрического слоя зависит от концентрации ионов», — говорит изобретатель.

Он предложил построить такой конденсатор из двух пластин, созданных из высокопористого углерода. Сначала в него подаётся морская вода, в которой, как известно, всегда присутствует энное количество ионов хлора и натрия. Чтобы запустить систему в работу, на обкладки следует подать напряжение от «стартового» источника питания. Тогда положительный электрод привлечёт ионы хлора, а отрицательный — ионы натрия.

Далее в устройство подаётся пресная вода. Разность в концентрации соли заставляет ионы покидать обкладки и уходить прочь, преодолевая действие электростатических сил. Напряжение на электродах при этом заметно вырастает. В дальнейшем система уже сама вырабатывает ток, пока в аппарат поступают солёная и пресная вода. Только у него солёная морская вода пересекала линии поля от постоянного магнита.

Компьютерная симуляция устройства Броджиоли. Слева – при заполнении его солёной водой, справа – после добавления пресной. Яркость зелёного и красного отражает интенсивность электрического поля, возрастающего по мере диффузии ионов. Детали работы можно найти в статье в Physical Review Letters.

Лабораторные опыты Броджиоли показали, что идея работает. Теперь учёный мечтает построить установку большего масштаба.

Это интересно

Как получить впечатления от отдыха в Египте

После поездки в Египет у любого человека останется масса воспоминаний. Но, прежде чем туда отправиться, стоит …

Загробный мир Египта

Значительное место в египетской мифологии принадлежит представлениям о загробном мире. Египтяне верили, что умершие, как и …

Тайна замков Бретани

Замки Бретани можно назвать настоящими шедеврами, в которых оживают история и легендарное прошлое этой провинции. Ведь именно …

Тайна бога Шивы

Считалось, что в качестве Натараджи, царя танца, Шива регулирует мировой порядок. Устав танцевать, он останавливается, и во вселенной …

Вавилонская башня. Предания, легенды о Вавилонской башне

Вавилонская башня — легендарное строение древности, которое должно было прославить его строителей на века и бросить …

Солнечный бог Даждьбог

Символом Даждьбога исконно считался солнечный диск. Его цвет – золото, говорящее о благородстве этого бога и …

Чем хорош бизнес связанный с ремонтом мебели

Все сейчас гонятся за успешными бизнес-идеями, ведь никто не хочет тратить своё время и, безусловно, деньги на …

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *