Энергия градиента солёности

Энергия градиента солёности.

Известно несколько способов преобразования энергии градиента солености в электроэнергию. Наиболее перспективный на сегодня — преобразование с помощью осмоса, поэтому часто говорят об энергии градиента солености как об энергии осмоса. Но принципиально возможны и другие способы преобразования энергии градиента солености.

Явление осмоса заключается в следующем. Если взять полупроницаемую мембрану (перепонку) и поместить ее в качестве перегородки в каком-либо сосуде между пресной и соленой водой, то осмотические силы начнут как бы перекачивать пресную воду в соленую. Молекулы пресной воды будут переходить через разделительную мембрану во вторую половину сосуда, заполненную соленой водой, а молекулы соли мембрана не будет пропускать в первую половину с пресной водой. За это свойство мембрана и называется полупроницаемой. Выделяющаяся при этом процессе энергия проявляется в виде повышенного давления, возникающего в части сосуда с соленой водой. Это — осмотическое давление (иногда называют осмотическим водопадом). Максимальное значение осмотического давления — разность давлений между раствором (т. е. соленой водой) и растворителем (т. е. пресной водой), при которой осмос прекращается, что происходит из-за образования равенства давлений по обе стороны полупроницаемой мембраны. Образовавшееся повышенное давление в половине сосуда с соленой водой уравновешивает осмотические силы, вытеснявшие молекулы пресной воды через полупроницаемую мембрану в соленую воду.

Явление осмоса известно давно. Впервые его наблюдал А. Подло в 1748 г., но детальное изучение началось более столетия спустя. В 1877 г. В. Пфеффер впервые измерил осмотическое давление при изучении водных растворов тростникового сахара. В 1887 г. Вант-Гофф на основе данных опытов Пфеффера установил закон, определяющий осмотическое давление в зависимости от концентрации растворенного вещества и температуры. Он показал, что осмотическое давление раствора численно равно давлению, которое оказали бы молекулы растворенного вещества, если бы находились в газообразном состоянии при тех же значениях температуры и концентрации.

Примем среднюю соленость воды океана 35°/дд, т. е. 35000 г/м3, i=l,65, Д=8 Дж/моль К, Т -300 К. Осмоти- ческое давление такого раствора Тсц=2 389 464 Па, т. е. примерно 24 атм. Следовательно, в условиях средней солености океана возможно образование осмотического водопада высотой около 240 м. Полупроницаемая мембрана как бы создает для раствора водохранилище, подпертое плотиной высотой 240 м. Точнее, она сама играет одновре- менно роль такой плотины и насоса, накачивающего воду. При более высокой концентрации растворенной соли осмо- тическое давление будет еще выше. Например, для залива Кара-Богаз-Гол, соленость воды которого достигает 300 "/до, осмотическое давление будет примерно в 8,5 раз выше — более 200 атм. Высокие значения осмотического давления открывают перспективы получения с его по- мощью значительной энергии.

Для получения осмотической энергии необходимо иметь вблизи более или менее концентрированного раствора источник с малой концентрацией соли. В условиях Миро- вого океана такими источниками являются устья впадаю- щих в него рек.

Энергия градиента солености, рассчитанная по осмо- тическому давлению, не подвергается ограничениям по КПД, связанным с циклом Карно; в этом заключается одна из положительных особенностей этого вида энергии. Вопрос состоит в том, как лучше преобразовать ее в элек- троэнергию.

Выдержка из книги доктора техн.наук, сотрудника Института Океанологии Академии Наук СССР (имени Ширшова)
Н.В.Вершинского "Энергия океана" Изд."Наука" 1986г.