Битва Голубого топлива c Голубой энергией — миф или реальность?

Сесть за клавиатуру на этот раз меня заставила недавняя статья в Ведомостях о загадочной голубой энергии, угрожающей могуществу Газпрома в Европе. Смелые прогнозы дамского авторского коллектива поражали своими перспективами. По их расчётам получалось, что задействовав для производства “голубой энергии” три крупнейшие по водотоку реки в ЕС — Дунай, Рейн и Висла всего на 10% от потенциала можно произвести электроэнергии в 3 раза больше чем все страны ЕС умудрились потребить в 2012 г. Причём обещается, что себестоимость полученной энергии после нескольких лет усовершенствований технологий должна опуститься до 8 евроцентов. Для сравнения, на сегодняшний день себестоимость 1 кВт ч ветряной электроэнергии в Европе составляет 10-20 евроцентов, а угольной 6-10 евроцентов, в зависимости от технологии генерации.

Вывод, сделанный журналистками весьма смел. Всего за несколько лет развития новые технологии способны значительно потеснить использование газа в качестве источника для генерации электричества и позволить Евросоюзу снизить спрос на газ на 35-40%. Это означает, что в случае успеха «голубой энергии» российское голубое топливо перестанет быть актуальным для Европы.

Я оказался меньшим оптимистом, чем девушки, и решил копнуть глубже чтобы понять стоит ли газпрому и разработчикам месторождений сланцевого газа опасаться нового конкурента. Желающих познакомиться с моим микроисследованием приглашаю под кат.

Краткий экскурс в историю

Как многие уже наверно догадались из контекста вступления, речь идёт об энергии, получаемой на основе осмотического эффекта. Явление осмоса известно давно. Впервые его наблюдал А. Подло в 1748 г., но детальное изучение началось столетие спустя. В 1877 г. немецкий ботаник Вильгельм Пфеффер впервые измерил осмотическое давление при изучении водных растворов тростникового сахара.



Вильгельм Пфеффер

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.

Технологии

Итак, там где где реки впадают в моря и океаны мы имеем огромные источники как пресной так и солёной воды по соседству — это идеальное место для строительства осмотических электростанций. Как же получить энергию? Наиболее простой способ — поместить воду в резервуар, который разделен на два отсека полупроницаемой мембраной.



В один отсек подается морская вода, а в другой пресная. За счёт разной концентрации солей в морской и пресной воде, молекулы воды из пресного отсека, стремясь выровнять концентрацию соли, переходят через мембрану в морской отсек. В результате этого процесса в отсеке с морской водой формируется избыточное давление, которое в свою очередь используется для вращения гидротурбины вырабатывающей электроэнергию.

Существуют и альтернативные способы. Один из них предложил итальянец Дориано Броджиоли (Doriano Brogioli). Основой его технологии является конденсатор с двойным электрическим слоем. «Основная идея заключается в том, что потенциал двойного электрического слоя зависит от концентрации ионов», — говорит изобретатель.

Он предложил построить такой конденсатор из двух пластин, созданных из высокопористого углерода. Сначала в него подаётся морская вода, в которой, как известно, всегда присутствует энное количество ионов хлора и натрия. Чтобы запустить систему в работу, на обкладки следует подать напряжение от «стартового» источника питания. Тогда положительный электрод привлечёт ионы хлора, а отрицательный — ионы натрия.

Далее в устройство подаётся пресная вода. Разность в концентрации соли заставляет ионы покидать обкладки и уходить прочь, преодолевая действие электростатических сил. Напряжение на электродах при этом заметно вырастает. В дальнейшем система уже сама вырабатывает ток, пока в аппарат поступают солёная и пресная вода. Похожее решение предлагал физик Роберто Де Лука (Roberto De Luca), также итальянский, только у него поле создавал постоянный магнит.

Реальность

Однако только первый способ вышел за пределы лабораторных исследовательских установок. 24.11.2009 в Норвегии начала работу первая в мире электростанция, основанная на осмотическом эффекте.

Она была построена компанией Statkraft в городке Тофте, на территории целлюлозно-бумажного комбината «Södra Cell Tofte». Строительство электростанции обошлось в 20 миллионов долларов и потребовало десяти лет исследований и разработки технологий.



1: Внешний вид электростанции в Tofte, к югу от Осло. 2: Предварительная фильтрация воды, чтобы избежать закупорки мембран. 3: Мембраны свёрнуты в герметичных сосудах для создания высокого давления.4: Турбина, используемая для выработки электроэнергии.

Сразу после запуска эта электростанция вырабатывала не более четырёх киловатт электоэнергии однако в ходе совершенствования технологии создатели планировали увеличить это значение аж до 10 киловатт. Удалось ли им это пока пока тайна, покрытая мраком, как и то воплотятся ли планы строительства электростанции для посёлка из 10 тысяч частных домов уже в этом году.

До недавнего времени электростанция в Норвегии была единственной в мире, но по данным Ведомостей в гонку включились Нидерланды. 26 ноября 2014 года в Афслёйтдейке состоялся пуск небольшого завода компании REDstack BV. Мощность их экспериментальной электростанции по некоторым данным уже может составить 50 кВт. Финансировалось её создание голландским правительством.

Спи спокойно, наше достояние! Битва откладывается.

Итак, теоретически благодаря осмотическому эффекту можно получить давление эквивалентное 120 метровому столбу воды и используя поток один кубический метр в секунду генерировать энергию мощностью 1 Мвт. Практически на сегодняшний день этот параметр составляет 2-3 Вт. Ближайшая цель учёных — достижения уровня в 5 Вт, который по их словам может приблизить технологию к самоокупаемости.

Похоже пока Газпром может спасть спокойно, сконцентрировав свою деятельность на проблемах возникающих в связи с удешевлением добычи сланцевого газа и видеть как запущенный в Нидерландах завод выходит на полную мощность, достаточную для удовлетворения потребностей 800 000 жителей, только в ночных кошмарах.

Слишком много нерешённых проблем у “голубой энергии воды”. Главный камень преткновения в мембранах. Необходимо революционным способом повышать их эффективность, одновременно снижая стоимость. Добиться того, чтобы мембраны выдерживали огромное давление, тоже будет не просто. Ну и наконец, не нужно забывать что вода перед подачей в энергоблок должна быть очень хорошо очищена, иначе срок действия мембран будет слишком коротким. Создать дешёвые и эффективные фильтры будет тоже очень не просто. Эх, где же Чубайс с его Роснано!

Источник: geektimes.ru/post/246088/