Salt løsning til energiproduktion

Forskellen i saltholdighed mellem ferskvand og saltvand lover som en stor kilde til vedvarende energi. Der kræves energi til at afsalte vand, og at køre processen omvendt kan generere energi. Nu kunne en ny tilgang baseret på et konventionelt batteridesign, der bruger nanomaterialer, være en måde at høste denne energi på økonomisk.

Saltopløsning: Denne enhed genererer elektricitet ved hjælp af forskelle i saltholdighed mellem fersk- og saltvand. De to folielignende strukturer tjener som positive og negative elektroder; glaspæren er en referenceelektrode.

Den nye enhed, udviklet af forskere ved Stanford University, består af en elektrode, der tiltrækker positive natriumioner og en, der tiltrækker negative klorioner. Når elektroderne nedsænkes i saltvand, trækker de natrium- og klorioner fra vandet, og ionernes bevægelse skaber en elektrisk strøm. Elektroderne genoplades ved at dræne saltvandet, erstatte det med ferskvand og påføre en relativt lavspændt elektrisk strøm, som trækker ionerne tilbage ud af elektroderne. Når ferskvandet er drænet, er elektroderne klar til at tiltrække flere ioner fra næste parti saltvand.

Det er den modsatte proces af vandafsaltning, hvor man lægger energi til og forsøger at generere ferskvand og mere koncentreret saltvand, siger Yi Cui , en materialevidenskab og ingeniørprofessor ved Stanford University og undersøgelsens hovedforfatter. Her starter man med ferskvand og koncentreret saltvand, og så genererer man energi.

Cuis gruppe konverterede til elektricitet 74 procent af den potentielle energi, der eksisterer mellem saltvand og ferskvand, uden nedgang i ydeevnen over 100 cyklusser. At placere elektroderne tættere sammen, siger Cui, kunne tillade batteriet at opnå 85 procent effektivitet.

Et kraftværk, der bruger denne teknologi, ville være baseret i nærheden af ​​et floddelta, hvor ferskvand møder havet. Ved at trække 50 kubikmeter flodvand i sekundet, siger Cui, kan et kraftværk producere op til 100 megawatt strøm. Han beregner, at hvis alt ferskvand fra alle verdens kystfloder blev udnyttet, kunne hans saltholdighedsgradientproces generere 2 terawatt, eller cirka 13 procent af den energi, der i øjeblikket bruges rundt om i verden.

En sådan omfattende anvendelse vil imidlertid i alvorlig grad forstyrre følsomme vandmiljøer. Jeg tror, ​​at man kun ville være i stand til at udnytte en meget lille del af dette, ellers ville det være en økologisk katastrofe, siger Menachem Elimelek , direktør for Environmental Engineering Program ved Yale University. Elimelech siger, at det ville være nødvendigt at forbehandle vandet for at fjerne suspenderet materiale, herunder levende organismer. En sådan forarbejdning ville kræve energi, øge omkostningerne og i sig selv alvorligt forstyrre økosystemet, hvis det udføres i stor skala.

Tidligere bestræbelser på at høste energi fra saltholdighedsforskellen mellem saltvand og ferskvand har primært fokuseret på en proces kendt som trykforsinket osmose. I denne tilgang er ferskvand og saltvand anbragt i separate kamre, som er opdelt af en kunstig membran. Saltvandets højere saltholdighed trækker ferskvand gennem membranen, hvilket øger trykket på saltvandssiden. Det tryksatte vand bruges derefter til at drive en turbine og generere elektricitet.

Det norske elselskab Statkraft tester i øjeblikket trykhæmmet osmose på et pilotanlæg uden for Oslo og arbejder også på at udvikle mere effektive og holdbare membraner. Statkrafts embedsmænd siger, at deres mål er at omdanne 80 procent af den tilgængelige kemiske energi til elektricitet. Cui siger, at han tvivler på, at tilgangen vil kunne overstige en effektivitet på 40 procent. Effektivitetsmæssigt er vi bestemt meget bedre, siger han.

For at opnå høj effektivitet brugte Cuis gruppe mangandioxid nanorods til batteriets positive elektrode. Materialet giver natriumionerne omkring 100 gange mere overfladeareal at interagere med, end konventionelle elektrodematerialer gør. Og nanostrukturen gør det muligt for ionerne hurtigt at sætte sig og løsne fra elektroden, hvilket gør hele batteriet mere effektivt.

Cuis hold brugte en sølvelektrode til at binde sig til de negativt ladede klorioner. Sølv er imidlertid uoverkommeligt dyrt til udrulning i stor skala, og det er også giftigt og kan forårsage miljøskade, hvis det opløses i vandet, der cykles gennem batteriet. Cui siger, at hans gruppe leder efter en erstatning, men et alternativ kan være svært at finde.

skjule