211service.com
Sūrus tirpalas energijos gamybai
Gėlo ir sūraus vandens druskingumo skirtumas yra didelis atsinaujinančios energijos šaltinis. Vandeniui gėlinti reikia energijos, o vykdant procesą atvirkščiai, galima generuoti energiją. Dabar naujas požiūris, pagrįstas įprastu baterijos dizainu, kuriame naudojamos nanomedžiagos, galėtų būti būdas ekonomiškai surinkti tą energiją.
Druskos tirpalas: Šis prietaisas gamina elektros energiją naudodamas gėlo ir sūraus vandens druskingumo skirtumus. Dvi į foliją panašios struktūros tarnauja kaip teigiami ir neigiami elektrodai; stiklinė lemputė yra atskaitos elektrodas.
Stenfordo universiteto mokslininkų sukurtas naujas prietaisas susideda iš elektrodo, pritraukiančio teigiamus natrio jonus, ir iš vieno, kuris pritraukia neigiamus chloro jonus. Kai elektrodai panardinami į sūrų vandenį, jie iš vandens ištraukia natrio ir chloro jonus, o judant jonams susidaro elektros srovė. Elektrodai įkraunami nusausinant sūrų vandenį, pakeičiant jį gėlu ir naudojant santykinai žemos įtampos elektros srovę, kuri ištraukia jonus atgal iš elektrodų. Kai gėlas vanduo nusausinamas, elektrodai yra pasirengę pritraukti daugiau jonų iš kitos sūraus vandens partijos.
Tai yra priešingas vandens gėlinimo procesas, kai įdedate energijos ir bandote generuoti gėlą ir labiau koncentruotą sūrų vandenį. Yi Cui , Stenfordo universiteto medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius ir tyrimo pagrindinis autorius. Čia jūs pradedate nuo gėlo ir koncentruoto sūraus vandens, o tada generuojate energiją.
Cui grupė pavertė elektra 74 procentus potencialios energijos, esančios tarp sūraus ir gėlo vandens, o našumas nesumažėjo per 100 ciklų. Cui teigimu, sudėjus elektrodus arčiau vienas kito, akumuliatorius galėtų pasiekti 85 procentų efektyvumą.
Šią technologiją naudojanti jėgainė būtų įsikūrusi netoli upės deltos, kur gėlas vanduo susilieja su jūra. Cui teigimu, per sekundę išgaudama 50 kubinių metrų upės vandens, elektrinė galėtų pagaminti iki 100 megavatų galios. Jis apskaičiavo, kad jei būtų panaudotas visas gėlas vanduo iš visų pasaulio pakrančių upių, jo druskingumo gradiento procesas galėtų generuoti 2 teravatus arba maždaug 13 procentų šiuo metu visame pasaulyje sunaudojamos energijos.
Tačiau toks platus naudojimas rimtai sutrikdytų jautrią vandens aplinką. Manau, kad galėtumėte panaudoti tik labai nedidelę šio kiekio dalį, kitaip tai būtų ekologinė nelaimė, sako Menachemas Elimelechas , Jeilio universiteto Aplinkos inžinerijos programos direktorius. Elimelechas teigia, kad būtų būtina iš anksto apdoroti vandenį, kad būtų pašalintos suspenduotos medžiagos, įskaitant gyvus organizmus. Toks apdorojimas pareikalautų energijos, padidintų išlaidas ir pats rimtai sutrikdytų ekosistemą, jei būtų atliktas dideliu mastu.
Ankstesnės pastangos paimti energiją iš sūraus ir gėlo vandens druskingumo skirtumo daugiausia buvo sutelktos į procesą, vadinamą slėgio sulėtintu osmosu. Taikant šį metodą, gėlas ir sūrus vanduo yra atskirose kamerose, kurios yra padalintos dirbtine membrana. Didesnis sūraus vandens druskingumas ištraukia gėlą vandenį per membraną, padidindamas slėgį sūraus vandens pusėje. Tada suslėgtas vanduo naudojamas turbinai varyti ir elektros energijai gaminti.
Norvegijos elektros įmonė „Statkraft“ šiuo metu bando slėgį sulėtintą osmosą bandomojoje gamykloje už Oslo ir taip pat stengiasi sukurti efektyvesnes ir patvaresnes membranas. „Statkraft“ pareigūnai teigia, kad jų tikslas yra 80 procentų turimos cheminės energijos paversti elektros energija. Cui sako abejojantis, ar šis metodas galės viršyti 40 procentų efektyvumą. Jis sako, kad efektyvumo požiūriu mes tikrai esame daug geresni.
Kad pasiektų aukštą efektyvumą, Cui grupė naudojo mangano dioksido nanorodelius savo akumuliatoriaus teigiamam elektrodui. Medžiaga suteikia natrio jonams maždaug 100 kartų didesnį paviršiaus plotą, su kuriuo jie sąveikauja, nei įprastos elektrodų medžiagos. O nanostruktūra leidžia jonams greitai prisitvirtinti ir atsiskirti nuo elektrodo, todėl visa baterija tampa efektyvesnė.
Cui komanda naudojo sidabro elektrodą, kad susijungtų su neigiamai įkrautais chloro jonais. Tačiau sidabras yra pernelyg brangus didelio masto panaudojimui, be to, jis yra toksiškas ir gali pakenkti aplinkai, jei ištirpsta vandenyje, kuris cirkuliuoja per akumuliatorių. Cui sako, kad jo grupė ieško pakaitalo, tačiau alternatyvą gali būti sunku rasti.