Учёные придумали новый метод выработки энергии из воды

Теоретически прибрежная «солевая» электростанция, пропускающая через себя 50 кубометров речной воды в секунду, может развивать мощность в 100 мегаватт. На снимке — устье Амазонки (фото NASA).

Хитроумно подобранные материалы для электродов способны эффективно генерировать электрический ток из чередования потоков пресной и солёной воды.

Устья рек, впадающих в моря и океаны, потенциально могли бы обеспечить мир гигантским количеством энергии, сопоставимым с выработкой всех обычных электростанций. Однако КПД систем, опирающихся на разность в солёности речной и морской воды, пока невысок. Так, первая осмотическая электростанция, построенная полтора года назад в Норвегии, генерирует сущие крохи энергии и служит не столько серьёзным промышленным объектом, сколько опытной площадкой для совершенствования технологии.

А вот специалисты из Стэнфорда (Stanford University) считают, что для прорыва в данной области нужно отказаться от попыток впрячь осмос и обратиться к другому способу. В основе их генератора — два электрода, один из которых притягивает положительно заряженные ионы натрия, а второй отрицательные ионы хлора.

Цикл начинается (смотрите рисунок внизу), когда между этими пластинами пропускают пресную воду. Прикладывая к электродам небольшое напряжение, можно вынудить ионы из электродов перейти в воду.

Схема рабочего цикла новой установки. Пояснения в тексте (иллюстрация Yi Cui).

Второй шаг — пресная вода заменяется на морскую. Концентрация соли в ней намного выше, и ионы начинают быстро насыщать электроды. Так создаётся разность потенциалов и генерируется ток (это третий шаг).

Четвёртый шаг: насыщенные ионами электроды больше не отдают энергию, отработанная морская вода удаляется, а на её место вновь закачивается речная. При помощи скромного напряжения электроды вновь освобождаются от ионов, чтобы можно было замкнуть круг. (К слову, сходное циклическое изменение концентрации ионов предлагал использовать для выработки тока из воды один итальянский исследователь).

Technology Review сообщает, что группа учёных из Стэнфорда сумела извлечь 74% потенциальной энергии, которая заложена «на стыке» морской и пресной воды. При этом аппарат не выказывал никакого снижения производительности даже после 100 циклов. (В эксперименте использовалась вода из Тихого океана и высокогорного озера Donner.) По мнению авторов устройства, размещение электродов ближе друг к другу позволит такой «батарее» достичь эффективности в 85%.

Для извлечения энергии из воды новым методом исследователи применили в качестве положительного электрода наностержни из диоксида марганца. Они обладают очень большой площадью поверхности, быстро принимают и отдают ионы натрия в ходе цикла.

Для связывания отрицательно заряженных ионов хлора учёные использовали серебряный электрод. Последнее решение, правда, далеко не самое лучшее. Помимо высокой стоимости серебра, которая препятствует масштабированию системы, имеется проблема попадания серебра в воду — в больших количествах этот металл токсичен. Авторы системы намерены подыскать ему замену, хотя отмечают, что это будет непросто.

Они также указывают, что в качестве пресной воды для системы подойдёт не только чистая речная вода, но даже ливневые и сточные воды. Если удастся построить такой работающий пилотный комплекс, он открыл бы заманчивые перспективы в плане выработки энергии для городов, расположенных на берегах морей и океанов.

(Детали опыта — в пресс-релизе университета.)



Найден недорогой катализатор синтеза водорода

14 апреля 2011

В Испании построена солнечная установка с высоким давлением

5 апреля 2011

Высочайшее здание США примерит окна — солнечные батареи

23 марта 2011

Шотландия построит крупнейшую электростанцию на приливном течении

17 марта 2011

Израильтяне начали испытания плавающих солнечных электростанций

2 марта 2011
  • а существуют водорослимолюски способные жить попеременно в пресной и соленой воде? если да, то установка будет обрастать всякой живностью, что негативно скажется на кпд.
    но в целом, новость позитивна
    ОтветитьНравится
  • кстати, что подразумевается здесь под потенциальной энергией?
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  3 мая, 19:08
    Энергия, заключённая в разности концентрации солей.
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  3 мая, 19:52
    «Это прелестно, прелестно!» ©
    Я, видимо, что-то упустил из виду, но не нашел ни в этой заметке, ни в оригинальном сообщении никаких оценок по требованиям к энергообеспечению подобной, с позволения сказать, разработки... Посему, решил прикинуть, какова же «цена» в кВт электричества. Авторы говорят, дословно: «50 cubic meters of freshwater per second could produce up to 100 megawatts of power, according to the team’s calculations» ©. Первый вопрос, как закачать в систему воду (в которой, кстати сказать, плавает что попало) со скоростью 50 куб.м/с?.. Но ладно, оставим это на совести этих камрадов. Воспользовавшись вот этой тулзой: www.engineeringtoolbox.com/pumps-power-d_505.html — у меня получилась красивая цифирка 27 МВт для мощности насоса. Так как таких систем две (на цикл), то получается 54 МВт. И это еще не считая затрачиваемых киловатт на создание разницы потенциалов и прочих «расходов». Итого: на 1 Вт затраченного получается грубо 2 Вт на выходе, и это самая радужная перспектива, потому как в реальности все будет намного грустнее... Итак, внимание, главный вопрос сегодняшней викторины: а оно, вообще, надо?.. Вывод: очередные пабасенки для расходования денег налогоплательщиков на всякую околонаучную ерунду (и не важно, что буржуйских налогоплательщиков!).
    С уважением.
    З.Ы.: Иногда становится сильно грустно от того, что времена инквизиции ушли. Теплом от костров этих язычников-недоученых можно было долго обогревать сотни тысяч домов...
    ОтветитьНравится
  • Алекс Яковенко  3 мая, 22:35
    А если просто направлять/убирать течение реки в обменник внутри океанского залива и тем самым менять концентрацию ничего не качая?
    ОтветитьНравится
  • Михаил Зиньков  4 мая, 09:51
    а не проще ли тогда поставить турбины и использовать эти «течения реки» как и подобает, не задумывались?
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  4 мая, 11:26
    2 Алекс & Михаил:
    «Мопед не мой!» ©
    Вопрос к авторам, а не ко мне. Мое личное мнение — в этом случае, возможно, существенно снизится мощность на выходе. Но это же не так креативно, а значит денег на исследования не дадут... Замкнутый круг, одним словом...
    С уважением.
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  3 мая, 19:53
    Прошу прощения: движок сайта умудрился запороть ссылку в моем прошлом сообщении... Попробую еще раз: www.engineeringtoolbox.com/pumps-power-d_505.html
    ОтветитьНравится
  • Игорь Одинцов  3 мая, 20:00
    Илья Лягин, интересное мнение, спасибо. )
    ОтветитьНравится
  • Олег Апарцев  4 мая, 07:37
    Всё нужно считать. Особенно деньги.
    Однако, куда нужно девать деньги налогоплательщиков определяет политика, а не наука.
    Конечно, если Ваша оценка, Илья , состоятельна, то существует масса других источников энергии с «выхлопом» большим (например у тепловых насосов ~75% ). Однако, важна цена одного киловата произведенной энергии на одной установке до ее физического разрушения (отказа) с учетом не только стоимости установки и затрат подводимой энегии, но, так же, всех дополнительных выплат на обслуживание и расходные материалы.
    Например: ветряки в Голландии в средние века давали более дешевую энергию, и , тут же, во всем Средизамноморье -сила рабов и волов была предпочтительней.
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  4 мая, 11:37
    Вы все правильно говорите. И, я думаю, это будут дополнительные минусы данной разработки. Я полностью с вами согласен и не стал приводить все это, указав только основной(ые) минус(ы), ставящий(ие) жирные кресты (или точки?) на этом исследовании.
    С уважением.
    З. Ы. Я могу ошибится в значащих цифрах, но, для сравнения, атомная энергетика тоже является крупным потребителем внешнего эл.тока, только там соотношение на выходе 100 к 1 или 1000 к 1. Специалисты наверняка меня поправят, но тут важен сам смысл.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Столбов  4 мая, 20:02
    Красивая идея.
    Но вообще то нет никакой необходимости качать кубометры воды. На основе вращающихся дисковых или цилиндрических электродов разделенных скользящей мембраной, разделяющей водоемы с разной водой, и системы коммутации электродов (наподобие щеток) получится великолепный генератор. А можно сделать и просто генератор переменного тока. И никакие мегаватты для перекачки воды в этом случае не нужны.
    ОтветитьНравится