توان اسمزی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

توان اسمزی یا توان گرادیان شوری

انرژی موجود از اختلاف در غلظت نمک بین اب دریا واب رودخانه است. دوروش عملی برای این موضوع الکترودیالیز معکوس (RED) وفشار اسمزبا غشاهاب تاخیری (PRO) می‌باشند. این محصول زائد کلیدی، اب بد (شور) مزه است. این محصول جا نبی، نتیجه نیروهای طبیعی مهار شده است :جریان اب شیرین به درون دریاها که حاصل از اب شور می‌باشد. روش تولید نیرو به وسیله فشار اسمزی تاخیری به وسیله پروفسور Sidney loeb در سال ۱۹۷۳در دانشگاهNegev-Beersheba،Ben-Gurion اسراییل ابداع شد. این ایده با مشاهده جریان رودخانه به درون دریای اردن به ذهن پروفسورloeb رسید. اومی خواست از انرژی ترکیب۲معلول ابی) یکی رودخانه jordan ودیگری دریای Dead (بهره‌برداری کند که در این فرایند ترکیب طبیعی به هدر می‌رفت. پروفسور Loeb در سال ۱۹۷۷موفق به ابداع یک روش تولید نیرو به وسیله موتور حرارتی الکترو دیالیزمعکوس شد. این تکنولوژی‌ها در شرایط ازمایشگاهی تایید شده‌اند. انها در Norway(PrO)،Netherlands(RED) به لحاظ استفاده تجاری توسعه یافتند هزنیه غشار یک مانع بود. یک غشای جدید کم هزینه تر، بر مبنای یک پلاستیک پلی اتیلن تعدیل یافته به لحاظ الکتریکی، برای استفاده تجاری بالقوه اماده شد. روش‌های دیگر مطرح شده‌اند واخیرا توسعه یافته‌اند. در بین انها روشی بر مبنای تکنولوژی خازن دو لایه الکتریکی و روشی بر مبنای اختلاف فشار بخار وجود دارند. اولین نیروگاه توان اسمزی جهان با ظرفیت 4kw به وسیله Statkraft در ۲۴ نوامبر سال ۲۰۰۹درTofteافتتاح شد این نیروگاه از طرح اصلی پیشنهاد شده به وسیله Loeb استفاده می‌کند. این نیروگاه از پلی میر به عنوان یک غشا استفاده می‌کند و قادر به تولید 1w/m غشامی باشد. این میزان از نیرو با جریان اب از غشای 10 l/s در فشار 1mpaحاصل می‌شود. افزایش فشار و میزان جریان اب باعث افزایش خروجی نیرو می‌شوند. فرضاً، خروجی نیروگاه SGP به سادگی دو برابرمی شود.

مبانی توان گرادیان شوری[ویرایش]

اسمز کندشده فشار، توان گرادیان شوری یک جایگزین انرژی تجدید پذیر خاص است که نیروی تجدید پذیر و پایدار را با استفاده از فرایندهای طبیعی ایجاد می‌کند. این اقدام انتشار دی اکسید را الوده یا ازاد نمی‌سازد (روش‌های فشاربخار هوای محلول حاوی در فشارهای پایین را ازاد می‌سازند –این گازهای غیر قابل میعان می‌توانند دوباره ولی با انرژی حل شوند.)همچنین همان طور که به وسیله Finley و Jones در مقاله انها (توسعه نیروی گرادیان شوری) بیان شده است. اساساً هیچ هزینه سوختی وجود ندار انرژی گرادیان شوری بر مبنای کاربرد منابع اختلاف فشار اسمزی بین اب شیرین واب دریا است. تمام انرژی پیشنهاد شده برای استفاده از تکنولوژی گرادیان شوری بر تبخیر برای جداسازی اب از نمک متکی است. فشار اسمزی پتانسیل شیمیایی محلول‌های غلیظ و رقیق نمک است. با تو جه به روابطبین فشار اسمزی بالا وپایین محلول‌های دارای غلظت بالاترنمک دارای فشار بالاتری می‌باشند. تولیدات متفاوت نیروی گرادیان شوری وجود دارند ولی یکی ازمتداول ترین انها فشار اسمزی تاخیری PROا ست. دراب دریا به اتاق فشار پمپازمی شود که در ان فشار پایین‌تر از اختلاف بین فشار اب شیرین وشور است اب شیرین در یک غشای نیم تراواحرکت می‌کند وحجم ان دو اتاق افزایش می‌یابد. فشار در اتاق برای تولید جریان الکتریسیته چرخش توربین را افزایش می‌دهد. Brau در مقاله خود بیان می‌دارد که شناخت این فرایند به روش تجزیه اسان است.۲محلول A اب شور، B اب شیرین به وسیله یک غشااز یکدیگر جدا می‌شوند او می‌گوید، تنها مولکول‌های اب می‌توانند از غشای نیمه تراوا عبور کنند دو عنوان نتیجه اختلاف فشار اسمزی بین هر دو محلول، اب از محلول B از طریق غشا پخش می‌شود (با هدف رقیق سازی محلول). فشار توربین رابه حرکت در می اورد و ژنراتور تولید کنند ه انرژِی الکتریکی را به راه می‌اندازد ممکن است مستقیمااز فشار اسمزی برای پمپاژاب شیرین به دریا استفاده شوداخیرا این کار با استفاده از پمپ‌های الکتریکی انجام شده است.

بهره‌وری[ویرایش]

پژوهش اخیر در زمینه بهره‌وری از دانشگاه نشان می‌دهد که بیشترین استخراج در PRO فشار ثابت با بک محلول اب دریا و محلول اب رودخانه h/m .75 KW است در حالی که انرژی ازاد شده ترکیبی 0.81KWh/m است-بهره‌وری استخراج ترمودینامیک ۹۱٫۱٪.

روش‌ها[ویرایش]

در حالی که مکانیک ومفاهیم نیروی گرادیان شوری همچنان در دست برسی قرار دارند منبع نیرودر مکان‌های مختلفی اجرا شده است بیشتر این مکان‌ها ازمایشی می‌باشند. ولی عمدتاً تا کنون موفق بوده‌اند شرکت‌های مختلفی که از این نیرو استفاده می‌کنند نیز این کار رابه روش‌های مختلفی انجام داده‌اند همانطور که مفاهیم و فرایندهای متعددی وجود دارند که این نیرو را از گرادیان شوری تولید می‌کنند. فشار اسمزی تاخیری یک روش برای استفاده از انرژی گرادیان شوری فشار اسمزی تاخیری نام دارد. در این روش اب دریا به اتاق فشار پمپاز می‌شود که در فشاری پایین‌تر از اختلاف بین فشارهای اب شورو اب شیرین قرار دارداب شیرین نیز از طریق یک غشا به درون اتاق فشارپمپاز می‌شود که هم حجم وهم فشار اتاق را افزایش می‌دهد. باتعدیل اختلافات فشار توربین می‌چرخد و انرژی جنبشی ایجاد می‌کند. این روش به لحاظ علمی تحت بررسی Norwegiam Utility Statkraft قرار دارد که تا 25TWh/yr از این فرایند را محاسبه کرد ه است که در نروژدر دسترس می‌باشد Statkraft سازنده اولین نیروگاه نیروی اسمزی نمونه در جهان در فلات Oslo است که به وسیله شاهزاده Mette-marit نروژدر۲۴نوامبرسال ۲۰۰۹افتتاح گردید. هدف ان تولید جریان الکترسیته کافی برای روشنایی و گرمایی یک شهر کوچک طی ۵ سال به وسیله فشار اسمزی است. در ابتدا ۴کیلو وات تولید می‌کند. که برای گرم کردن یک کتری الکتریکی بزرگ کافی است ولی در سال ۲۰۱۵هدف ۲۵مگا وات است –مشابه یک مزرعه بادی کوچک الکترو دیالیز معکوس. دومین روش توسعه یافته و برسی شده الکترو دیالیز معکوس یا دیالیز معکوس نام دارد که اساساً ساخت یک باتری نمکی است. این روش به وسیله Leitz و Weinstein شرح داده شد "مجموعه‌ای از انیون جایگزین و غشاتبادل کاتیونی می‌تواندبرای تولید برق از انرژری ازاد شده از اب رودخانه‌ها و دریا مورد استفاد قرار گیرد ". تکنو لوژی مربوط به این نوع از نیروهمچنان در مراحل اولیه خود قرار دارد اگر چه این اصلدر دهه ۱۹۵۰ کشف شد. استانداردها و درک کاملی از تمام روش‌ها ی کاربرد گرادیان‌های شوری اهداف مهم بادوام تر نمودن این منبع انرژی پاک در اینده می‌باشند. روش خازنی. سومین روش روش خازنی Doriano Brogioli است که نسبتاً جدید است و تا کنون در مقیاس ازمایشگاهی مورد برسی واقع شده است. با این روش انرژی می‌توان اب شور واب شیرین به وسیله شارژچرخه‌ای الکترودها در تماس با اب شور به دنبال تخلیه در اب شیرین استخراج شود. از انجایی که میزان انرژی الکتریکی مورد نیاز در طول وهله شارژکمتر از میزان انرژی خارج شده در طول مر حله تخلیه است هر چرخه کامل به طور موثری انرژی تولید می‌کند. توزیع بصری این تاثیر این است که تعداد زیادی از یون‌ها در اب شور به طور موثری شارژروی هر الکترودرا با ایجاد یک لایه نازک از شارژمخالف بسیار نزدیک به سطح الکترود بانام دو لایه الکتریکی خنثی می‌سازند. بنابر این ولتاژالکترودها در طول مرحله شارژپایین است و شارژنسبتا اسان است. بین وهله شارژو تخلیه الکترودها در تماس با اب شیرین قرار می‌گیرند پس از این با افزایش ولتاژالکترودها یون‌های کمتری برای خنثی سازی شارژ روی هر الکترود وجود دارند. مرحله تخلیه قادر به تولید میزان نسبتاً بالایی از انرژی است. یک توزیع فیزیکی این است که بر روی یک خازن شارژشدهبه لحاظ الکتریکی نیروی الکتریکی دو طرف جاذب بین شارژالکتریکی بر روی الکترود وشارژیونی در مایع وجود دارد. برای دور کردن یون‌ها از الکترودشارژشدهباید از فشار اسمزی استفاده کرداین کار انرژی بالقوه الکتریکی در خازن را افزایش می‌دهد یک توضیح الکترونیکی این است که ظرفیت خارنی تابعی از تراکم یون است. با ارائه گرادیان شوری و انتشار یون‌ها در خارج از خازن ظرفیت خازنی کاهش ولتاژافرایش می‌یابد چون ولتاژ برابر با نسبت شارژظرفیت خازنی است.

اختلافات فشار بخار :چرخه باز و چرخه تبرید جذب (چرخه بسته)[ویرایش]

هر دوی این روش‌ها بر غشاها متکی نمی‌باشد در نتیجه مغتضیات فیلتر سازی مانند طرح‌های PRO و DRE مهم نمی‌باشند. چرخه باز چرخه باز مشابه چرخه باز در تبدیل انرژی حرارتی اقیانوس OTEC است. عیب این دست وپاگیرتوربین با قطر بزرگ (۷۵متر+)با کار کرد در فشار اتمسفرپایین برای استخراج نیرو بین اب با شوری کمتر و بیشتر می‌باشد.

چرخه تبرید جذب (چرخه بسته)[ویرایش]

با هدف نم گیری هوا در یک سیستم تبرید جذب اسپری اب بخار اب به عنوان یک واسطه در ترکیب اب شور اب شونده با استفاده از نیروی اسمزی حل می‌شود منبع نیروی اولیه حاصل از اختلاف گرمایی بخشی از چرخه موتور حرارتی ترمودینامیک است.

حوضچه خورشیدی[ویرایش]

در معدن Eddy Potash در نیو مکزیکواز یک تکنولوژی باعنوان حوصچه خورشیدی گرادیان شور(SGSP) برای تامین انرژی مورد نیاز معدن استفاده می‌شود. این روش نیروی اسمزی را مهار نمی‌سازد. نور خورشید در کف حوصچه اب شور به عنوان گرما جذب می‌شود. از تاثیر انتقال طبیعی گرما با افزایش گرما با استفاده از اختلافات بین ۳لایه تشکیل دهنده حوصچه با هدف جذب گرما جلو گیری می‌شود. منطقه حرارتی بالا بالاترین منطقه به دنبال ان منطقه گرادیان پایدار وسپس منطقه گرمایی کف قرار دارد منطقه گرادیان پایدارسپس مهم ترین منطقه است. اب شور نمی‌توانددر این لایه به منطقه بالاتر راه یابد چون اب شور در بالا دارای شوری کمتر و در نتیجه تراکم کمتر و خاصیت شناوری بیشتر است و نمی‌تواند در سطح پایین‌تر شناور شود چون این اب شور متراکم تر است. این منطقه میانی منطقه گرادیان پایدار به طور موثری به عنوان یک عایق برای لایه کف عمل می‌کند (اگر چه هدف اصلی مسدود ساختن انتقال گرمای طبیعی است چون اب عایق ضعیفی است). این اب از لایه پایین‌تر منطقه ذخیره به بیرون پمپاژ می شودو از گرما برای تولید انرژی استفاده می‌کند (معمولابه وسیله یک توربین در چرخ Rankine ارگانیک). به لحاظ نظری می‌توان از یک حوصچه خورشیدی برای تولید نیروی اسمزی با استفاده از تبخیر گرمای خورشیدی برای ایجاد گرادیان شوری استفاده کرد وانرژی بالقوه در این گرادیان شوری به طور مستقیم با استفاده از یکی از۳روش ابتدایی در بالا نظیر روش خازنی مهار می‌شود لوله‌های نانو نیتریدبور. یک تیم تحقیقاتی بااستفاده از نیترید بوریک سیستم ازمایشی ساختن که نیروی بیشتری نسبت به نمونه Statoil تولید می‌کند. این از غشای عایق الکتریکی نفوذ نا پذیر استفاده می‌کند که به وسیله یک لوله نانو نیتریدبور ساده با نظر خارجی چند نانو متر سوراخ شده است با استفاده از این غشا جدا کننده منبع اب شور و منبع اب شیرین این تیم موفق به اندازگیری جریان الکتریکی عبور کند از غشا با استفاده از ۲ الکترودغوطه ور در مایع نانو لوله‌ها شدند نتایج نشان داد که این دستگاه قادر به تولید جریان الکتریکی در نانو امپر بود. محققان ادعا می‌کنند این ۱۰۰۰برابرتکنیک‌های شناخته شده دیگر برای مهار انرژی اسمزی وارائه نانو لوله‌های نیترید بور به عنوان راه حل موثر برای مهار انرژی گرادیان شوری برای نیروی الکتریکی کاربردی است. این تیم ادعا کردند که ۱متر مربع (۱۱فوت مربع) غشا می‌تواند در حدود 4KW و 30KW در هر سال نیرو تولید می‌کند.

تاثیر محیطی منفی محتمل[ویرایش]

محیط‌های دریا و رودخانه دارای اختلافات واضعی در کیفیت اب یعنی شوری می‌باشند. هرگونه از گیاه یا حیوان ابی برای بقاه در محیط‌های دریا اب شور اب شیرین انتخاب شد. انها گونه‌هایی هستند که می‌توانند در هر ۲ محیط زنده بمانند ولی معمولااین گونه‌ها در محیط اب خاص بهترین رشد را دارند محصول پسماند اصلی تکنولوژی گرادیان شوری اب شور است. با تخلیه اب شور در اب‌های اطراف در کمیت‌های زیاد بدون هیچ قاعده‌ای باعث نوسانات شوری می‌شود. در حالی که برخی تغییرات در شوری معمول است. به خصوص در جایی که اب شیرین (رودخانه‌ها) به اقیانوس یا دریا می‌ریزند از اهمیت این تغییرات برای اب شور و اب شیرین با افزودن اب‌های پسماند شور کاسته می‌شود. تغییرات بیش از حد شوری در محیط ابی ممکن است به یافتن تراکم‌های پایین حیوانات وگیاهان در نتیجه عدم تحمل افت یا افزایش شدید شوری منجر شود. مطابق با این ایده‌ها احتمال تاثیر منفی باید با اپراتورای بنیادهای انرژی ابی بزرگ اینده در نظر گرفته شود. علاوه بر این برخورد وافزودن حباب در ساختارهای مصرف موضوع ناشی از احجام بزرگ اب رود خانه و دریا به کار گرفته شده در طرح‌های PRO و RED می‌باشند. ساختار مصرف تابع مقررات محیطی وتاسیسات نمک زدایی ونیرو است که از اب سطح استفاده می‌کنند. گاهی اوقات دست یابی به مجوزه انها در اژانس‌های محلی ایالتی حتی تا ۱۸ماه به طول می‌انجامد. در اخر برخی از دانشمندان پیشبینی کرده‌اند که اگر چین برداشت‌های اب یاری خودرا از رود خانه برسی نکند تمام رود خانه‌ها در چین حداقل در طول بخشی از سال ۲۰۲۵به اقیانوس نمی‌رسد. در حال حاضر، برای رودخانه مادر چین، رودخانه زرد، این اتفاق روی داده است. باید سرمایه‌گذاری در نیروی اسمزی در اینده طی دراز مدت مورد توجه قرار گیرد

منابع[ویرایش]

  • Dutch water plan to turn green energy blue
  • Osmotic Power Inc
  • Nordic Energy Solutions
  • ClimateTechWiki: Ocean Energy: Salinity gradient for electricity generation