Эффективное производство энергии за счет разницы в концентрации соли в морской и речной воде

Голубая энергия использует технологию, известную как обратный электродиализ (RED), в которой положительно и отрицательно заряженные ионы соли, присутствующие в речной и морской воде, перемещаются через ионообменные мембраны. Это движение заряда генерирует электрическую энергию.

Испытательная установка синей энергии на Афслуитдейке. Предоставлено: Redstack.

Весь процесс основан на идее, что в морской воде много соли, а в речной очень мало. Таким образом, можно использовать разницу в концентрации соли между жидкостями для выработки электроэнергии. Обратный электродиализ, как следует из названия, использует тот же процесс, что и электродиализ, технологию, обычно применяемую для очистки или опреснения воды, но в обратном направлении.

Схематическое изображение обратного электродиализа (RED). AEM (анионообменная мембрана) переносит отрицательно заряженные анионы хлора (Cl-), CEM (катионообменная мембрана) - положительно заряженные катионы натрия (Na +), создавая движение заряда. Когда внешняя цепь, соединяющая два электрода, замкнута, вследствии разности напряжений через внешнюю цепь протекает электронный ток, питающий потребители. Мембраны размещены пакетами, как и в топливных элементах, так что отдельные разности напряжений могут быть объединены для выработки достаточного количества электричества. Предоставлено: Технологический университет Эйндховена.

 

Каждый кубический метр пресной воды, который смешивается с морской, производит около 0,65 киловатт-часа энергии - этого достаточно, чтобы обеспечить питание среднего дома примерно на 30 минут.

Синяя энергия является возобновляемой и менее восприимчивой к дневным колебаниям, таким как солнечный свет и ветер, но стоимость мембран до сих пор сдерживала широкое распространение этой технологии. Однако в последние годы в этой области произошли существенные достижения. В 2014 году первый в мире пилотный демонстрационный образец (50 кВт) был запущен в Афслуитдейке с использованием воды из соленой реки Ваддензее и пресной с озера Эйсселмер.

Существенной проблемой при использовании речной и морской воды является грязь. Компоненты, растворенные в воде, такие как бактерии, глина, соли или органические вещества, могут накапливаться на мембране и в ней, тем самым снижая выходную электрическую мощность ячейки.

Новые исследования позволили найти решения этой проблемы. С этой целью были разработаны и реализованы два успешных химических подхода, которые изменяют поверхность мембраны, чтобы сделать ее более устойчивой к загрязнению. В обоих используется специальное покрытие на основе так называемых цвиттерионов.

Цвиттерионы, или внутренние соли, - это молекулы, которые содержат равное количество положительно и отрицательно заряженных частиц. Из-за этого они имеют тенденцию делать мембраны в ячейке более гидрофильными. Это не только задерживает начало обрастания, но и замедляет его рост.

Таким образом, проведенные исследования являются важным шагом на пути к широкомасштабному внедрению голубой энергии в качестве устойчивого возобновляемого источника энергии.