Generaal

Hierdie nuwe tegnologie genereer elektrisiteit wanneer varswater soutwater ontmoet


Penn State-navorsers het onlangs 'n nuwe hibriede hernubare energiestelsel aangekondig wat 'n ongekende hoeveelheid elektrisiteit genereer uit die verskil tussen vars en soutwater.

Streek waar vars water en soutwater in die Straat van Georgië bymekaarkom.[Beeldbron:Stephengg via Flickr]

Die nuwe stelsel lei tot 'n uitvoerbare stelsel wat die energie benut waar varswater en soutwater by kusstreke bymekaarkom.

Die opwekking van elektrisiteit deur verskille in soutgehalte

Wetenskaplikes ontwikkel voortdurend hernubare tegnologieë wat die toekoms voortbestaan. Alhoewel die algemeenste soorte produksie van hernubare energie as son-, wind-, hidro- of getye beskou word, is daar ook 'n ander effens minder bekende metode. In waterliggame met verskillende soutkonsentrasies bestaan ​​daar 'n feitlik onbenutte kragbron.

Wanneer twee waterliggame twee verskillende vlakke van soutgehalte (dit wil sê soutwater en varswater) ontmoet, probeer die natuurkragte om die soutkonsentrasie te vergelyk. Die soutione vloei van die gebied met 'n hoë konsentrasie na die gebiede met 'n laer konsentrasie as die water voortdurend meng. Uiteindelik word die gradiënt gelyk en bly die konsentrasie identies.

Alhoewel, die gevolge daarvan is alledaags as twee waterliggame soutione vryelik kan uitruil.

As u egter 'n semi-deurlaatbare membraan instel wat as 'n versperring tussen die twee watermassas optree, kan dit die effek verhoog. Deur die vloei van water toe te laat terwyl groter soutione deurlaat, lei dit tot die opbou van 'n unieke soort druk - formeel bekend asosmotiese druk.

Met die versperring in plek, probeer water van die varswaterkant om die soutkonsentrasies in die ander gedeelte gelyk te maak. Aangesien die sout egter nie deur die versperring kan gaan nie, bly dit in dieselfde liggaam.

Alhoewel die sout op sy plek bly, sal die varswater in die soutwaterliggaam voortvloei, wat die soutwatergedeelte laat styg.

Voorbeeld van osmose tussen twee watermassas met verskillende suikerkonsentrasies. Vloeistofvlakke styg aan die een kant met die toevoeging van suiker terwyl varswater probeer vergelyk (soortgelyk aan sout). [Beeldbron: Wikimedia Commons]

Osmotiese krag: 'n onbenutte hernubare energiebron

Regoor die wêreld is daar baie kusstreke waar varswater in die see vloei. Volgens Penn State University,

'Daardie verskil in soutkonsentrasie het die potensiaal om genoeg energie op te wek om aan te voldoen 40 persent van wêreldwye elektrisiteitsvereistes. '

Osmotiese krag is die energie beskikbaar tussen twee liggame met verskillende soutkonsentrasies. Dit is toevallig een van die mees prominente bronne van onbenutte energie ter wêreld. Oral waar varswater soutwater ontmoet, kan dit bykans die helfte van die wêreld se kragbehoefte opwek.

Navorsers staan ​​egter voor die uitdaging om 'n doeltreffende manier te vind om die krag daarvan te oes.

Tans is daar twee prominente metodes om energie uit soutwater te gebruik, insluitend omgekeerdeelektrodialise (ROOI) endrukvertroue osmose (PRO).

PRO-stelsels berus spesifiek op die vloei van varswater na soutwater deur 'n membraan. Die metode behels die pomp van varswater en soutwater na 'n groot semipermeerbare membraan. Dievoorste osmose membraanstelsel laat slegs die uitruil van water vanaf die vars kant na die vloei van die soutwater toe. As gevolg hiervan neem die druk van die soutwater toe. 'N Turbinegenerator kan die energie uit die drukwater benut en in elektrisiteit omskakel.

Drukvertrede osmose (PRO) kragopwekking.[Beeldbron: Wikipedia]

Omgekeerde elektrodialise

Die tweede algemene metode om krag uit soutgradiënte te verkry, staan ​​bekend as omgekeerde elektrodialise (RED). In wese funksioneer RED soos 'n soutbattery.

Gewoonlik werk ROOI-stelsels deur soutwater in 'n stelsel met twee afsonderlike ioonwisselaars te pomp. Die een laat positiewe natrium deur vloei, en die ander laat slegs die deurlaat van negatief gelaaide chloor toe. Aangesien sout uit chloor en natrium bestaan, is dit volop in die oseane.

Omgekeerde elektrodialise-diagram.[Beeldbron: Endy Nugroho via SlideShare]

Afwisselend tussen die stelle filters is 'n stroom water wat die verskil in konsentrasies skep wat die anione en katione dwing om deur die membraan te vloei. Die verskil in lading genereer 'n spanning tussen die twee plate wat omgeskakel kan word in elektrisiteit deur die stroom na 'n laer konsentrasie sout te verander.

Ongelukkig het albei metodes ernstige nadele.

Die probleme wat die huidige osmotiese kragopwekking ondervind

PRO-stelsels is afhanklik van 'n netwerk van ongelooflike klein gaatjies waaruit die membraan bestaan. Deeltjies (organies en anorganies) hou egter die klein openinge maklik in. Met al die deeltjies in die oseaan maak dit die implementering van 'n grootskaalse PRO-stelsel moeilik. Verder kan PRO-stelsels nie die kragte van suursoutwater weerstaan ​​nie.

Die ontwikkeling van 'n kommersiële aanleg is duur en grootliks ondoeltreffend met die huidige tegnologie.

"PRO is tot dusver die beste tegnologie in terme van hoeveel energie u kan uithaal," verduidelik Gorski. "Maar die grootste probleem met PRO is dat die membrane wat die water deur vuil vervoer, beteken dat bakterieë daarop groei of deeltjies op hul oppervlaktes vassit, en hulle vervoer nie meer water daardeur nie."

Met RED-tegnologie vloei slegs die opgeloste sout deur die ioon-uitruilmembraan - nie die water nie. Die stelsel is doeltreffender om die membraan te bevuil. Die stelsel het egter nie die vermoë om aansienlike hoeveelhede krag te lewer nie.

Hybridiserende oplossings: 'n rewolusie vir hernubare energie

'N Oplossing met 'n baster tussen twee tegnologieë kan dien as 'n antwoord vir die verwarrende probleem.

'N Span wetenskaplikes van die Penn State University het die oplossing bedink deur RED- en CapMix-tegnologieë te verbaster.

Soortgelyk aan ROD, vertrou CapMix op elektrodes wat die energie vang van die spanning wat ontstaan ​​wanneer twee verskillende konsentrasies van ione is. CapMix gebruik egter spesifiek die verskil in soutgehalte om 'n lading te genereer in plaas van die stroom van chloor en natrium.

Om die stelsel te laat werk, vloei soutwater deur 'n buis waar die membrane gelaaide deeltjies onttrek. Twee aanklagte van opponerende mag versamel. Dan word 'n soutoplossing ingebring wat veroorsaak dat die elektrodes in die water stroom, wat gevolglik elektrisiteit opwek.

CapMix-kragstelsel. [Beeldbron: Hatzell et al., Energy Environ. Sci. 7 via Penn State]

Twee vir een

Onlangs het 'n span wetenskaplikes 'n metode ontwerp om met die twee idees te trou. Die stelsel genereer 12,6 watt per vierkante meter, aansienlik meer as ander soutopwekkers.

"Deur die twee metodes te kombineer, gee dit u uiteindelik baie meer energie," sê Gorski.

'N Aangepaste vloei-sel skei die kanale van water met 'n anion-uitruilmembraan. Die stelsel gebruik koperhexacyanoferraat as 'n elektrode met grafietfoelie om die stroom op te vang. Die afwisseling van die vloei van sout en vars water stel die energie vry en laat dit gebruik word.

"Hier is twee dinge aan die gang wat dit laat werk," het Gorski bygevoeg. 'Die eerste is dat die sout na die elektrode toe gaan. Die tweede is dat u die chloried oor die membraan vervoer. Aangesien albei hierdie prosesse 'n spanning opwek, ontwikkel u uiteindelik 'n gekombineerde spanning by die elektrodes en regoor die membraan. '

Aangesien die soutkonsentrasie en die gelaaide deeltjievloei bydra tot die produksie van energie, het die stelsel aansienlik meer gegenereer as enige ander soutopwekker. Dit hou ook nie dieselfde probleme in wat ander stelsels teister nie.

Konsentrasie vloei sel met twee plate wat dit aanmekaar hou. Buise voer die stelsel sout of varswater in. [Beeldbron: Jennifer Matthews via Penn State]

'N belowende oplossing

Die tegnologie is nog in die babastadium, maar dit is baie doeltreffender as ander metodes.

Die bastertegnologie genereer aansienlik meer as die ander selfstandige tegnieke.

"By 12,6 watt per vierkante meter, hierdie tegnologie lei tot piekvermoë wat ongekend hoog is in vergelyking met voorheen gerapporteerde ROOI (2,9 watt per vierkante meter), en gelykstaande aan die maksimum berekende waardes vir PRO (9,2 watt per vierkante meter), maar sonder die verontregtende probleme. 'Eis 'n verklaring van Penn State.

Tans ondersoek die navorsers die stabiliteit van die elektrode oor lang tydperke. Die resultate is belowend, maar die tegnologie sal nog aansienlik verfyn moet word voordat dit gereed is vir 'n grootskaalse eksperimentering.

Nietemin is die hibriede tegnologie 'n belangrike stap in die regte rigting na skoon hernubare energie. Alhoewel dit jonk is, is dit 'n heeltemal nuwe energiebron - een wat eendag binnekort soveel sal kan gebruik as 40 persent van die vraag na geesteswetenskaplike energie.

Via Penn State

SIEN OOK: Wat dit regtig sal verg om die wêreld van hernubare energie te benut

Geskryf deur Maverick Baker


Kyk die video: Elektriese stroombaan Deel 11 (Julie 2021).