רתימת האנרגיה שנוצרת כאשר מים מתוקים פוגשים מים מלוחים

הטורבינה האנושית (יוני 2019).

Anonim

חוקרי פן סטייט יצרו טכנולוגיה היברידית חדשה המייצרת כמויות חסרות תקדים של חשמל, שבהן מי-ים ומים מתוקים משלבים בחוף.

"המטרה של טכנולוגיה זו היא לייצר חשמל שבו נהרות לפגוש את האוקיינוס", אמר כריסטופר Gorski, פרופסור בהנדסה סביבתית ב Penn State. "זה מבוסס על ההבדל בריכוזי המלח בין שני מקורות המים".

זה ההבדל ריכוז מלח יש פוטנציאל לייצר מספיק אנרגיה כדי לענות על 40 אחוזים של דרישות החשמל העולמי. למרות ששיטות קיימות כיום כדי ללכוד את האנרגיה הזו, שתי השיטות המוצלחות ביותר, אוסמוזה בלחץ מפגר (PRO) ו אלקטרודיאליזה הפוכה (RED), ירדו עד כה.

PRO, המערכת הנפוצה ביותר, באופן סלקטיבי מאפשר מים להעביר דרך קרום חדיר למחצה, תוך דחיית מלח. הלחץ האוסמוטי שנוצר מתהליך זה הופך לאנרגיה על ידי הפיכת טורבינות.

"PRO הוא עד כה הטכנולוגיה הטובה ביותר במונחים של כמה אנרגיה אתה יכול לצאת", אמר Gorski. "אבל הבעיה העיקרית עם פרו היא שהקרום המוביל את המים דרך עבירה, כלומר שהחיידקים גדלים עליהם או חלקיקים נתקעים על המשטחים שלהם, והם כבר לא מעבירים מים דרכם".

זה קורה כי החורים בקרומים הם קטנים מאוד, ולכן הם נחסמים בקלות. בנוסף, PRO אין את היכולת לעמוד בלחצים הדרושים של מים מלוחים סופר.

הטכנולוגיה השנייה, אדום, משתמש שיפוע אלקטרוכימי לפתח מתח על פני יון חילופי ממברנות.

"יון החלפת קרומים רק לאפשר יונים טעונה חיובי לעבור דרכם או יונים טעונים שלילי, " הסביר Gorski. "אז רק מלח מומס עובר, ולא את המים עצמם."

כאן, האנרגיה נוצרת כאשר כלור או יוני נתרן נשמרים מן המעבר יון החליפין ממברנות כתוצאה של תחבורה יון סלקטיבית. יון חילופי ממברנות לא דורשים מים לזרום דרכם, כך שהם לא מזוהמים באותה קלות כמו הקרומים המשמש PRO; עם זאת, הבעיה עם אדום היא כי אין לו את היכולת לייצר כמויות גדולות של כוח.

טכנולוגיה שלישית, קיבול ערבוב (CapMix), היא שיטה חדשה יחסית גם נבדקים. CapMix היא טכנולוגיה המבוססת על אלקטרודה, אשר לוכדת אנרגיה מהמתח המתפתח כאשר שתי אלקטרודות זהות נחשפות ברצף לשני סוגים שונים של מים עם ריכוזי מלח שונים, כגון מים מתוקים ומי-ים. כמו אדום, הבעיה עם CapMix היא שזה לא מסוגל להניב מספיק כוח כדי להיות בת קיימא.

גורסקי, יחד עם ברוס לוגן, פרופסור אוון פו ופרופסור להנדסה סביבתית בסטאן ופלורה קאפה, וטאיונג קים, חוקר פוסט-דוקטורט בהנדסת הסביבה, אולי מצאו פתרון לבעיות אלו. החוקרים שילבו הן את האדום ואת טכנולוגיות CapMix בתא זרימה אלקטרוכימית.

"על ידי שילוב של שתי השיטות, הם בסופו של דבר נותן לך הרבה יותר אנרגיה, " אמר Gorski.

הצוות בנה תא זרימה בנוי בהתאמה אישית, שבו שני ערוצים הופרדו על ידי קרום חילופי אניונים. נחושת hexacyanoferrate אלקטרודה הוצב אז בכל ערוץ, רדיד גרפיט שימש אספן הנוכחי. התא היה אז חתום באמצעות שתי צלחות סוף עם ברגים ואומים. לאחר שנבנו, ערוץ אחד הוזן במי ים סינתטיים, בעוד הערוץ השני ניזון ממי שפכים סינתטיים. מעת לעת החלפת נתיבי הזרימה של המים אפשרה לתא לטעון שוב לייצר חשמל. משם, הם בחנו כיצד המתח חתך המשמש נתיבי זרימה מיתוג, התנגדות חיצונית וריכוזי מלח השפיעו על ייצור חשמל שיא וממוצע.

"יש כאן שני דברים שעושים את זה לעבוד, "אמר גורסקי. "הראשון הוא שיש לך את המלח הולך האלקטרודות, השני הוא שיש לך את כלוריד העברת על פני הממברנה, מאז שני תהליכים אלה ליצור מתח, אתה בסופו של דבר לפתח מתח משולב על האלקטרודות על פני הממברנה."

כדי לקבוע את המתח שנצבר של תא הזרימה, בהתאם לסוג הממברנה בשימוש ומליחות ההבדל, הצוות רשמה מתח פתוח תא מתח בעת האכלה שני פתרונות ב 15 milliliters לדקה. באמצעות שיטה זו, הם זיהו כי הערמה תאים מרובים עשה להשפיע על ייצור החשמל. ב 12.6 וואט למטר מרובע, טכנולוגיה זו מובילה לצפיפויות הספק שיא גבוהות באופן חסר תקדים בהשוואה ל - RED (2.9 וואט למטר מרובע), ובהשוואה לערכים המחושבים המקסימליים עבור פרו (9.2 וואט למ"ר), אך ללא בעיות עכירות.

"מה שאנחנו הראו הוא שאנחנו יכולים להביא את צפיפות הכוח עד מה אנשים דיווחו עבור לחץ מפגר אוסמוזה לערך הרבה יותר גבוה כי מה שדווח אם אתה משתמש בשני תהליכים אלה לבד, " Gorski אמר.

למרות שהתוצאות מבטיחות, החוקרים רוצים לעשות מחקר נוסף על יציבות האלקטרודות לאורך זמן ורוצים לדעת כיצד גורמים אחרים במינגזיום ובמימן גופרתי עלולים להשפיע על הביצועים של התא.

"רדיפת מקורות אנרגיה מתחדשים היא חשובה", אמר גורסקי. "אם אנחנו יכולים לעשות אנרגיה ניטרלית פחמן, אנחנו צריכים."

menu
menu