Usina osmótica: energia pura de água salgada

É necessário avisar imediatamente: não há erro no título, não haverá história sobre energia cósmica em consonância com o nome. Vamos deixar isso para esoteristas e escritores de ficção científica. E falaremos sobre o fenômeno usual com o qual convivemos ao longo da vida.

Quantas pessoas sabem devido a quais processos os sucos nas árvores atingem uma altura considerável? Para a sequóia, são mais de 100 metros. Esse transporte de sucos para a zona de fotossíntese ocorre devido ao trabalho do efeito físico - osmose. Consiste em um fenômeno simples: em duas soluções de diferentes concentrações, colocadas em um vaso com uma membrana semipermeável (permeável apenas para moléculas de solvente), uma diferença de nível aparece após algum tempo. Na tradução literal do idioma grego osmose é um impulso, pressão.

E agora da vida selvagem voltaremos à tecnologia. Se o mar e a água doce são colocados em um vaso com septo, então devido a diferentes concentrações de sais dissolvidos aparece pressão osmótica e o nível do mar aumenta. As moléculas de água passam de uma zona de alta concentração para uma zona de solução, onde há mais impurezas e menos moléculas de água.

A diferença nos níveis de água é ainda mais usada da maneira usual: este é o trabalho familiar das usinas hidrelétricas. A única pergunta é Qual é o efeito de osmose adequado para uso industrial? Os cálculos mostram que quando a salinidade da água do mar é de 35 g / litro, é criada uma queda de pressão de 2.389.464 Pascal ou cerca de 24 atmosferas devido ao fenômeno de osmose. Na prática, isso é equivalente a uma barragem com uma altura de 240 metros.

Mas, além da pressão, a seletividade das membranas e sua permeabilidade também são uma característica muito importante. Afinal, as turbinas não geram energia a partir de uma pressão diferencial, mas devido ao fluxo de água. Aqui, até recentemente, havia dificuldades muito sérias. Uma membrana osmótica adequada deve suportar uma pressão que é 20 vezes a pressão no suprimento de água usual. Ao mesmo tempo, possui alta porosidade, mas retém as moléculas de sal. A combinação de requisitos conflitantes por um longo tempo não permitiu o uso de osmose para fins industriais.

Para resolver os problemas de dessalinização, a água foi inventada Membrana Loebque resistiu a tremenda pressão e reteve sais e partículas minerais de até 5 mícrons. Durante muito tempo, não foi possível aplicar membranas Loeb para osmose direta (geração de energia), porque eles eram extremamente caros, caprichosos em operação e tinham baixa permeabilidade.

Um avanço no uso de membranas osmóticas ocorreu no final dos anos 80, quando os cientistas noruegueses Holt e Thorsen sugeriram o uso de filme plástico à base de cerâmica modificado. Melhorar a estrutura do polietileno barato nos permitiu criar o design de membranas em espiral adequadas para uso na produção de energia osmótica. Para testar a tecnologia de geração de energia a partir do efeito osmose, em 2009 o primeiro experimento experimental do mundo usina osmótica.

Tendo recebido uma doação do estado e gastando mais de US $ 20 milhões, a empresa norueguesa de energia Statkraft tornou-se pioneira em um novo tipo de energia. A usina osmótica construída produz cerca de 4 kW de potência, o suficiente para trabalhar ... duas chaleiras elétricas. Mas os objetivos de construir a estação são muito mais sérios: afinal, testando a tecnologia e testando em condições reais, os materiais para as membranas abrem caminho para a criação de estruturas muito mais poderosas.

O apelo comercial das estações começa com uma eficiência de remoção de energia superior a 5 watts por metro quadrado de membranas.Na estação norueguesa de Toft, esse valor mal excede 1 W / m2. Mas hoje já estão sendo testadas membranas com uma eficiência de 2,4 W / m2 e, até 2015, é esperado um valor econômico de 5 W / m2.

Central elétrica osmótica em Toft

Mas há informações encorajadoras de um centro de pesquisa na França. Trabalhando com materiais baseados em nanotubos de carbono, os cientistas obtiveram nas amostras a eficiência da extração de energia de osmose de cerca de 4000 W / m2. E isso não é apenas econômico, mas excede a eficiência de quase todas as fontes de energia tradicionais.

Perspectivas ainda mais impressionantes prometem aplicação filmes de grafeno. Uma membrana com a espessura de uma camada atômica se torna completamente permeável às moléculas de água, mantendo outras impurezas. A eficiência desse material pode exceder 10 kW / m2. As principais empresas do Japão e da América se juntaram à corrida para criar membranas de alto desempenho.

Se na próxima década será possível resolver o problema de membranas para estações osmóticas, uma nova fonte de energia ocupará um lugar de liderança no fornecimento à humanidade de fontes de energia ambientalmente amigáveis. Ao contrário da energia eólica e solar, as plantas de osmose direta podem funcionar 24 horas por dia e não são afetadas pelas condições climáticas.

A reserva global de energia de osmose é enorme - a vazão anual de água doce do rio é superior a 3.700 quilômetros cúbicos. Se apenas 10% desse volume puder ser usado, mais de 1,5TW / h de energia elétrica poderá ser gerado, ou seja, cerca de 50% do consumo europeu.

Mas não apenas essa fonte pode ajudar a resolver o problema de energia. Com membranas altamente eficientes, a energia das profundezas do oceano pode ser usada. O fato é que a salinidade da água depende da temperatura e é diferente em diferentes profundidades.

Usando gradientes de temperatura de salinidade, você não pode ser preso às bocas dos rios na construção de estações, mas simplesmente colocá-los nos oceanos. Mas esta é a tarefa do futuro distante. Embora a prática mostre que fazer previsões em tecnologia é uma tarefa ingrata. E amanhã o futuro pode bater na nossa realidade.