Электричество из морской воды

История вопроса

Взаимодействие пресной и соленой воды может дать нам, по сути, неограниченную, бесплатную и чистую энергию. В основе выработки такой энергии лежит так называемый градиент солености, возникающий при смешивании двух видов воды.

После десятков лет работы и много­численных экспериментов ученые разработали способ использования энергии, выработанной данным способом, для получения электричества. Такой вид электроэнергии также называют «голубой» (англ. Blue Energy, изначально этот поэтичный термин использовался для осмотических электростанций), по ассоциации с цветом смешивания пресной воды с соленой при впадении рек в океан. Места (устья или дельты), где реки впадают в океаны и моря, а также очищенные благодаря физико-химическим процессам, происходящим во время смешения пресной и соленой воды, стоки обладают поистине огромным энергетическим потенциалом.

До недавнего времени для использования градиента солености с целью получения чистой, не загрязняющей среду нашего обитания и не приводящей к выбросам парниковых газов энергии в основном рассматривались две технологии — осмос и обратный электродиализ. Однако проблема в том, что обе эти технологии основаны на контакте пресной и соленой воды через специальные мембраны. Теперь, благодаря ученым из Стэнфордского университета, появились и новые технологии.

Видео

Приложение, которое показывает детям, каким «предвзятым» может быть алгоритм

Алгоритмы постоянно вызывают обсуждения и получают немало критики со стороны уязвимых социальных групп. Влияние алгоритмов на повседневную жизнь не до конца осознают взрослые, не говоря уже о детях. Помочь последним захотела дизайн-студия Artefact.

Она разработала приложение The Most Likely Machine, чтобы дети поняли, что алгоритм зачастую выдает тот или иной результат на основе заранее заданных характеристик — или «предрассудков». Чтобы наглядно это продемонстрировать, компания придумала в приложении вымышленную школу, у каждого ученика которой есть три варианта будущего: поступить в престижный вуз, стать популярным в интернете или остаться сорванцом.

Купить рекламу Отключить

В роли «школьников» выступали исторические личности вроде Альберта Эйнштейна и Мерлин Монро. Сперва дети должны были распределить атрибуты: способность адаптироваться, предприимчивость, агрессивность. Затем отметить, какие из них выражены у персонажа ярче всего. После этого система помогает определить, кого какое будущее ждёт и показывает, как мог измениться финал, если бы ребёнок отвечал на вопросы по-другому.

Интерфейс платформы: «Что, вероятнее всего, ждёт персонажа с таким характером?»

Обратный электродиализ

Прямой электродиализ уже довольно успешно используется в опреснительных установках. Сам по себе электродиализ — это процесс мембранного разделения, в котором ионы растворенного вещества переносятся через мембрану под действием электрического поля. Движущей силой процесса служит градиент электрического потенциала.

Для обратного электродиализа необходимо наличие двух типов селективных (избирательных) мембран: мембраны, которые прозрачны только для положительных ионов соли (ионы натрия), и мембраны, беспрепятственно пропускающие исключительно отрицательные ионы — в нашем случае это ионы хлора (рис. 3) [5].

Рис. 3. Принцип получения электроэнергии в процесс

Рис. 3. Принцип получения электроэнергии в процессе обратного электродиализа

Примером практической реализации электрической cилы градиента солености является решение, использовавшееся на старой солеварне в городе Трапани на западном побережье Сицилии. Всего две установки — каждая объемом примерно 1 м3 — непрерывно и бесшумно генерировали около 1 кВт электроэнергии из двух потоков соленой воды. Внутри коробок были расположены попеременно (как это схематически показано на рис. 3) два типа мембран — на расстоянии нескольких сотен микрон друг от друга. Они были помещены в «стопки». Потоки соленой воды прокачивались через сотни камер между мембранами. Один поток составлял солевой раствор из соленых слоев Трапани (300 г хлорида натрия на литр). Второй поток состоял из немного солоноватой воды близлежащей скважины (3 г хлорида натрия на литр). Два потока не могли смешаться, они контактировали только через ионообменные мембраны.

Под воздействием энтропии (стремления выравнять концентрации соли в обоих потоках) рассол терял ионы Na+ через одну мембрану и ионы Cl — через вторую, и они попадали в потоки воды из скважины. Это создавало разность потенциалов, которая, в свою очередь, использовалась для генерации электрического тока.

Система в Трапани (построенная в рамках проекта REAPower, финансируемого ЕС) вырабатывала 3– 4 Вт полезной мощности на каждый квадратный метр мембранных пар, уложенных в коробки (фактическая выходная мощность была выше, но часть этой электроэнергии была необходима для прокачки двух потоков воды через камеры). Можно было бы получить больше электроэнергии, если бы мембраны были расположены ближе друг к другу. Но уменьшение зазора между мембранами увеличивает потребность давления для прокачки. Кроме того, оно также повышает риск засоров.

Тем не менее работы в этом направлении продолжаются — установка с аналогичной технологией используется ​​на одной из дамб в Нидерландах. В данном случае секции с соленой водой создают направленное движение ионов соли из секции в секцию. Благодаря зарядовому разделению на мембранах возникает разность потенциалов, которая затем суммируется и превращается на катоде и аноде из ионного тока в обычный электрический ток посредством окислительно-восстановительных реакций. Снимаемое напряжение зависит от числа мембран, температуры, отношения концентраций соли в пресной и соленой воде, а также от внутреннего сопротивления катода и анода. Заметим, что кинетика ионов поваренной соли возникает из-за разности концентраций соли в соседних секциях, поэтому наличие пресной воды в процессе обратного электродиализа необходимо.

В 2013 г. французские ученые, исследовавшие возможности использования градиента солености для выработки электроэнергии, разработали пленку на основе кремния с нанотрубками из бора. Это дало им фильтр, который пропускал только положительно заряженные ионы. В нанотрубках присутствует сильный отрицательный заряд, который удерживает другие отрицательные частицы снаружи. При «сортировке» воды таким образом возникает два отдельных объема воды с большой разницей потенциалов, которая и позволяет получать электричество при взаимодействии соленой и несоленой воды. В результате появилась своеобразная батарейка, благодаря которой можно убрать из процесса преобразования энергии механические части — турбины, как в осмотических электростанциях, и лишние мембраны. Проблема этой разработки состояла в нанотрубках, хотя и с этой стороны наметился прорыв.

Решение вопроса предложили специалисты из Ратгерского университета (Rutgers University, США), которые использовали идеи французских коллег и направили свои усилия на то, чтобы создать доработанную мембрану. Ученые смешали положительно и отрицательно заряженные вещества, чтобы создать покрытие, которое они могли бы избирательно активировать так, чтобы заставить все нанотрубки стоять в вертикальном положении. В результате был разработан материал, пропускающий большие молекулы, которые уже не могли застрять в нанотрубках, а также был добавлен ряд технологических ноу-хау [3]. Однако остается еще одна загвоздка. Даже в таком специализированном и очень интенсивном процессе только 2% нанотрубок проводили ток так, как предполагалось в исследовании. Конечно, это уже лучше, чем 0%, и мощность электроэнергии, которую смогла получить команда из Ратгера, в 8000 раз превышала результат 2013 г., однако до широкой практической реализации этой технологии еще далеко.

Кроссовки, надеть которые можно без рук

Чтобы надеть обувь, нередко требуется сноровка, пишет Fast Company. Но сложнее всего приходится людям с ограниченными возможностями — с заболеваниями вроде артрита или параличом. Компания Nike создала первые кроссовки, надеть которые можно без рук и не наклоняясь.

В подошвенную часть Nike Go FlyEase встроен шарнирный механизм: он «разделяет» обувь на две части — одна из них напоминает тапки без задника, в которые и нужно засунуть ногу. Под весом тяжести эта часть опустится, а специальная резинка над подошвой поможет зафиксировать стопу.

Nike рассказывает, как создавала дизайн, и показывает кроссовки в действии

#инновации #дизайн

Теги

Adblock
detector