Осмос с задержкой по давлению
Идеальный водный потенциал между пресной водой (справа) и морской водой (слева) соответствует гидравлическому напору 270 метров.

Осмос с задержкой под давлением ( PRO ) — это метод отделения растворителя (например, пресной воды ) от раствора, который более концентрирован (например, морской воды ), а также находится под давлением. Полупроницаемая мембрана позволяет растворителю переходить в сторону концентрированного раствора посредством осмоса . [1] Метод может использоваться для выработки электроэнергии из энергии градиента солености , возникающей из-за разницы в концентрации соли между морской и речной водой.

История

Этот метод получения энергии был изобретен профессором Сиднеем Лёбом в 1973 году в Университете имени Бен-Гуриона в Негеве , Беэр-Шева , Израиль. [2] [3]

Ричард Норман представил рукопись с описанием концепции в журнал Science в мае 1974 года. [4] В этой рукописи Норман ясно указал, что ему не было известно о каких-либо предыдущих работах по этой теме. Лёб представил комментарий к анализу затрат Нормана в журнал Science в январе 1975 года . [5] В этой публикации Лёб предложил термин «замедленный давлением осмос». Далее он написал: «Чтобы облегчить детальное изучение концепции, Двусторонний научный фонд США и Израиля выделил грант (№ 337) нашему Исследовательскому органу в мае 1974 года».

Научно-технический бэкграунд

Формула идеальной выработки энергии, которая применяется к идеализированной ситуации, предсказывает, что оптимальная разница гидравлического давления составляет половину разницы осмотического давления между потоками соленой и чистой воды . [4] [6] Для системы PRO из морской воды в пресную воду идеальный случай соответствует оптимальному давлению мощности 26 бар . Это давление эквивалентно столбу воды ( гидравлическому напору ) высотой 270 метров. [7] Δ П {\displaystyle \Дельта P} Δ П / 2 {\displaystyle \Дельта \Пи /2}

В реальной системе как гидравлическое давление, так и осмотическое давление будут меняться в системе PRO в результате трения, удаления воды и накопления соли вблизи мембран. Эти факторы снижают достижимую мощность ниже идеального предела. Площадь мембраны, которая может быть использована, ограничена стоимостью и другими практическими соображениями, и этот фактор ограничивает достижимое производство энергии. [8] Значительная часть электроэнергии, вырабатываемой PRO, должна использоваться насосами, которые циркулируют воду через установку. [9] Также необходимы соответствующие мембраны. Все эти факторы ограничили экономическую жизнеспособность PRO. [10]

PRO имеет потенциал для извлечения осмотической энергии из потоков отходов, таких как сброс рассола опреснительной установки или очищенные сточные воды . Потенциальная выходная мощность пропорциональна разнице солености между потоками пресной и соленой воды. Опреснение дает очень соленый рассол, в то время как очищенные городские сточные воды содержат относительно мало соли. Объединение этих потоков может производить энергию для питания обоих объектов. Однако для питания существующей станции очистки сточных вод путем смешивания очищенных сточных вод с морской водой в городе среднего размера может потребоваться площадь мембраны в 2,5 миллиона квадратных метров. [11]

Процесс

Диаграмма осмоса с задержкой давления (PRO). Приложенное давление должно быть ниже осмотического давления, чтобы процесс работал. Толщина труб качественно передает относительный объемный расход. Изображение изменено автором из [12]

PRO использует водопроницаемую мембрану с разницей осмотического давления для перемещения потока воды из потока "разбавленного" с низкой концентрацией в слегка напорный поток с более высокой концентрацией. Устройство рекуперации энергии на этом потоке обеспечивает выход энергии и должно превышать входное давление насоса для чистой выработки энергии.

Тестирование

Первая в мире осмотическая установка мощностью 10 кВт была открыта Statkraft , государственной гидроэнергетической компанией, 24 ноября 2009 года в Тофте , Норвегия. [13] Было подсчитано, что PRO могла бы генерировать 12 ТВт·ч в год в Норвегии , что достаточно для покрытия 10% от общего спроса Норвегии на электроэнергию. [14]

В январе 2014 года компания Statkraft прекратила свой пилотный проект по осмосу с замедлением давления [15] из-за проблем с экономической целесообразностью.

Начиная с 2021 года, SaltPower строит еще одну коммерческую осмотическую электростанцию ​​в Дании, использующую очень соленый рассол с геотермальной электростанции. [16]


Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Helfer Fernanda, Lemckert Charles, Anissimov Yuri G (2014). «Осмотическая мощность с осмосом, замедленным давлением: теория, производительность и тенденции – обзор». Journal of Membrane Science . 453 : 337– 358. doi : 10.1016/j.memsci.2013.10.053. hdl : 10072/61191 .{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  2. ↑ Заявка на патент Израиля 42658. (3 июля 1973 г.) Патент США 3906250.
  3. ^ Вайнтрауб, Боб. «Сидней Леб и истоки осмоса, замедленного давлением». Израильский химик и инженер-химик, 2021 .
  4. ^ ab Норман, Ричард (25 октября 1974 г.). «Засоление воды: источник энергии». Science . 186 (4161): 350– 352. Bibcode :1974Sci...186..350N. doi :10.1126/science.186.4161.350. PMID  17839865.
  5. ↑ Лёб, Сидней (22 августа 1975 г.). «Осмотические электростанции». Science . 189 (4203): 654– 655. Bibcode :1975Sci...189..654L. doi :10.1126/science.189.4203.654. ​​PMID  17838753.
  6. ^ Ли, К. Л.; Бейкер, Р. В.; Лонсдейл, Х. К. (1981). «Мембраны для выработки электроэнергии методом осмоса с задержкой под давлением». Журнал мембранной науки . 8 (2): 141– 171. doi :10.1016/S0376-7388(00)82088-8.
  7. ^ Как это работает? Архивировано 28.11.2009 в Wayback Machine - Statkraft
  8. ^ Banchik, LD; Sharqawy, MH; Lienhard, JH (15 октября 2014 г.). «Ограничения выработки энергии из-за конечной площади мембраны при осмосе с задержкой под давлением». Journal of Membrane Science . 286 : 81–89 . doi :10.1016/j.memsci.2014.05.021. hdl : 1721.1/103172 .
  9. ^ Chung, HW; Banchik, LD; Swaminathan, J.; Lienhard, JH (15 апреля 2017 г.). «О настоящей и будущей экономической жизнеспособности автономного осмоса с замедлением под давлением». Опреснение . 408 : 133–144 . Bibcode : 2017Desal.408..133C. doi : 10.1016/j.desal.2017.01.001. hdl : 1721.1/107716 .
  10. ^ Chung, HW; Swaminathan, J.; Banchik, LD; Lienhard, JH (15 декабря 2018 г.). «Экономическая структура для чистой плотности мощности и приведенной стоимости электроэнергии при осмосе с замедлением давления». Опреснение . 448 : 13–20 . Bibcode : 2018Desal.448...13C. doi : 10.1016/j.desal.2018.09.007. hdl : 1721.1/118349.
  11. ^ Акст, Дэниел (29 августа 2014 г.). «Новый вид энергии из соленой воды». Wall Street Journal .
  12. ^ Рао, Акшай К.; Ли, Оуэн Р.; Вреде, Люк; Коан, Стивен М.; Элиас, Джордж; Кордова, Сандра; Роггенберг, Майкл; Кастильо, Лучано; Варсингер, Дэвид М. (2021). «Структура для синей энергии, обеспечивающая хранение энергии в процессах обратного осмоса». Опреснение . 511. Elsevier BV: 115088. Bibcode : 2021Desal.51115088R. doi : 10.1016/j.desal.2021.115088. ISSN  0011-9164.
  13. ^ Войцех Москва (24.11.2009). "Открыта первая в мире осмотическая электростанция". Reuters . Получено 23.08.2014 .
  14. ^ Statkraft построит первую в мире осмотическую электростанцию ​​Архивировано 15 сентября 2008 г. на Wayback Machine
  15. ^ "Является ли PRO экономически целесообразным? Нет, согласно Statkraft | ForwardOsmosisTech". 22 января 2014 г. Архивировано из оригинала 18 января 2017 г. Получено 18 января 2017 г.
  16. ^ "SaltPower в Сённерборге сидит перед солью | SønderborgNYT" . СённерборгНЙТ . 1 марта 2021 г. . Проверено 30 декабря 2023 г.

Дальнейшее чтение

  • Норман RS (1974). «Засоление воды: источник энергии». Science . 186 (4161): 350– 2. Bibcode :1974Sci...186..350N. doi :10.1126/science.186.4161.350. PMID  17839865. S2CID  8550368.
  • Loeb S.; Norman RS (1975). «Осмотические электростанции». Science . 189 (4203): 654– 655. Bibcode :1975Sci...189..654L. doi :10.1126/science.189.4203.654. ​​PMID  17838753.
  • Лёб С. (1988). «Комментарии о пригодности мембран обратного осмоса для рекуперации энергии подводными осмотическими электростанциями Опреснение ( Обзор )». Журнал мембранной науки . 68 : 75–76 . doi :10.1016/0011-9164(88)80044-4.
  • Лёб С. (1998). «Производство энергии в Мёртвом море методом осмоса с задержкой под давлением: вызов или химера?». Опреснение . 120 (3): 247– 262. Bibcode : 1998Desal.120..247L. doi : 10.1016/S0011-9164(98)00222-7.
  • Лёб С. (2002). «Масштабное производство энергии методом осмоса с задержкой давления, с использованием речной и морской воды, проходящей через спиральные модули опреснения ( Обзор )». Журнал мембранной науки . 143 (2): 115– 122. doi :10.1016/S0011-9164(02)00233-3.
  • Cath TY; Childress AE; Elimelech M. (2006). "Прямой осмос: принципы, применение и последние разработки ( Обзор )". Журнал мембранной науки . 281 ( 1–2 ): 70–87 . doi :10.1016/j.memsci.2006.05.048.
  • Achilli A.; Cath TY; Childress AE (2009). «Производство электроэнергии с помощью осмоса с задержкой под давлением: экспериментальное и теоретическое исследование». Журнал мембранной науки . 343 ( 1– 2): 42– 52. doi :10.1016/j.memsci.2009.07.006.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Осмос,_замедленный_давлением&oldid=1271679317"