Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Ujścia rzek kryją tyle energii, co 2000 elektrowni atomowych. Ludzkość może ją pozyskać

Recommended Posts

Jednym ze sposobów na pozyskiwanie odnawialnej energii jest wykorzystanie różnicy chemicznych pomiędzy słodką i słoną wodą. Jeśli naukowcom uda się opracować metodę skalowania stworzonej przez siebie technologii, będą mogli dostarczyć olbrzymią ilość energii milionom ludzi mieszkających w okolica ujścia rzek do mórz i oceanów.

Każdego roku rzeki na całym świecie zrzucają do oceanów około 37 000 km3 wody. Teoretycznie można tutaj pozyskać 2,6 terawata, czyli mniej więcej tyle, ile wynosi produkcja 2000 elektrowni atomowych.

Istnieje kilka metod generowania energii z różnicy pomiędzy słodką a słoną wodą. Wszystkie one korzystają z faktu, że sole złożone są z jonów. W ciałach stałych ładunki dodatnie i ujemne przyciągają się i łączą. Na przykład sól stołowa złożona jest z dodatnio naładowanych jonów sodu połączonych z ujemnie naładowanymi jonami chloru. W wodzie jony takie mogą się od siebie odłączać i poruszać niezależnie.

Jeśli po dwóch stronach półprzepuszczalnej membrany umieścimy wodę z dodatnio i ujemnie naładowanymi jonami, elektrony będą przemieszczały się od części ujemnie naładowanej do części ze znakiem dodatnim. Uzyskamy w ten sposób prąd.

W 2013 roku francuscy naukowcy wykorzystali ceramiczną błonę z azotku krzemu, w którym nawiercili otwór, a w jego wnętrzu umieścili nanorurkę borowo-azotkową (BNNT). Nanorurki te mają silny ujemny ładunek, dlatego też Francuzi sądzili, że ujemnie naładowane jony nie przenikną przez otwór. Mieli rację. Gdy po obu stronach błony umieszczono słoną i słodką wodę, przez otwór przemieszczały się niemal wyłącznie jony dodatnie.

Nierównowaga ładunków po obu stronach membrany była tak duża, że naukowcy obliczyli, iż jeden metr kwadratowy membrany, zawierający miliony otworów na cm2 wygeneruje 30 MWh/rok. To wystarczy, by zasilić nawet 12 polskich gospodarstw domowych.

Problem jednak w tym, że wówczas stworzenie nawet niewielkiej membrany tego typu było niemożliwe. Nikt bowiem nie wiedział, w jaki sposób ułożyć długie nanorurki borowo-azotkowe prostopadle do membrany.

Przed kilkoma dniami, podczas spotkania Materials Research Society wystąpił Semih Cetindag, doktorant w laboratorium Jerry'ego Wei-Jena na Rutgers University i poinformował, że jego zespołowi udało się opracować odpowiednią technologię. Nanorurki można kupić na rynku. Następnie naukowcy dodają je do polimerowego prekursora, który jest nanoszony na membranę o grubości 6,5 mikrometrów. Naukowcy chcieli wykorzystać pole magnetyczne do odpowiedniego ustawienia nanorurek, jednak BNNT nie mają właściwości magnetycznych.

Cetindag i jego zespół pokryli więc ujemnie naładowane nanorurki powłoką o ładunku dodatnim. Wykorzystane w tym celu molekuły są zbyt duże, by zmieścić się wewnątrz nanorurek, zatem BNNT pozostają otwarte. Następnie do całości dodano ujemnie naładowane cząstki tlenku żelaza, które przyczepiły się do pokrycia nanorurek. Gdy w obecności tak przygotowanych BNNT włączono pole magnetyczne, można było manewrować nanorurkami znajdującymi się w polimerowym prekursorze nałożonym na membranę.  Później za pomocą światła UV polimer został utwardzony. Na koniec za pomocą strumienia plazmy zdjęto z obu stron membrany cienką warstwę, by upewnić się, że nanorurki są z obu końców otwarte. W ten sposób uzyskano membranę z 10 milionami BNNT na każdy centymetr kwadratowy.

Gdy taką membranę umieszczono następnie pomiędzy słoną a słodką wodą, uzyskano 8000 razy więcej mocy na daną powierzchnię niż podczas eksperymentów prowadzonych przez Francuzów. Shan mówi, że tak wielki przyrost mocy może wynikać z faktu, że jego zespół wykorzystał węższe nanorurki, zatem mogły one lepiej segregować ujemnie naładowane jony.
Co więcej, uczeni sądzą, że membrana może działać jeszcze lepiej. Nie wykorzystaliśmy jej pełnego potencjału. W rzeczywistości tylko 2% BNNT jest otwartych z obu stron, mówi Cetindag. Naukowcy pracują teraz nad zwiększeniem odsetka nanorurek otwartych z obu stron membrany.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Chciałbym wiedzieć kto kryje tę energię i kim "oni" są.

Mała poprawka należy się chlorowi. To jony chloru, a nie chlorku są naładowane ujemnie.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Hm, nie widzę kto i kiedy płaci rachunek za prąd. Wygląda mi to na praktyczną relizację demona Maxwella, ergo nie może działać. Dodatkowo, separacja kationów i anionów spowoduje powstanie znacznej różnicy pH po stronach - dużo kwasu i zasady będzie można zobojętniać i powstanie z tego kolejna niemała porcja ciepła. Z elektrycznego punktu widzenia pompujemy elektrony 'pod prąd' różnicy napięć, tym samy zwiększając różnicę napięć. Samograj.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Też mi coś nie teges, ale promile nie pozwalają na rzeczową dyskusję. ;)
Ujścia rzek to jednak potencjał, co doskonale potwierdza historia rozwoju ludzkich cywilizacji. :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      W materiale wyrzucanym przez gejzery Enceladusa odkryto nowy związek organiczny, który wchodzi w skład aminokwasów. Odkrycia dokonano dzięki szczegółowej analizie danych przekazanych przez sondę Cassini.
      Na Enceladusie, księżycu Saturna, działają potężne gejzery. Wyrzucają one cząstki lodu z prędkością 400 m/s. Szacuje się, że w ciągu sekundy księżyc wyrzuca 250 kilogramów wody w postaci lodu i pary. Sonda Cassini przechwyciła ten materiał i poddała go analizie. Teraz wiemy, że w ziarnach lodu znajdują się związki organiczne zawierające azot i tlen. Na Ziemi podobne związki wchodzą w reakcje chemiczne tworzące aminokwasy, a cała reakcja napędzana jest energią z kominów hydrotermalnych. Naukowcy sądzą, że podobny proces ma miejsce na Enceladusie, gdzie gejzery zapewniają energię potrzebną do powstawania aminokwasów.
      Jeśli panują tam odpowiednie warunki, to te molekuły pochodzące z głębi oceanicznych Enceladusa mogą podlegać takim samym reakcjom chemicznym, jakie mają miejsce na Ziemi. Nie wiemy jeszcze, czy aminokwasy są niezbędne, by powstało życie poza Ziemią, ale znalezienie molekuł tworzących aminokwasy to ważna część układanki, mówi Nozair Khawaja z Wolnego Uniwersytetu w Berlinie.
      Misja sondy Cassini zakończyła się przed 2 laty, ale dostarczyła ona tyle danych, że naukowcy będą je analizowali przez wiele dekad. Zespół, na którego czele stoi Khawaja, wykorzystał dane z urządzenia Cosmic Dust Analyzer, które w pierścieniu E Saturna wykryło lód pochodzący z Enceladusa.
      Odkryte związki najpierw rozpuściły się w oceanie Enceladusa, później zamarzły na jego powierzchni skąd zostały wyrzucone przez gejzery. Ich odnalezienie uzupełnia ubiegłoroczne odkrycie tego samego zespołu, który stwierdził, że na powierzchni oceanu Enceladusa pływają duże nierozpuszczalne molekuły organiczne. Teraz znaleźliśmy mniejsze rozpuszczalne molekuły, potencjalne prekursory aminokwasów i innych składników, niezbędnych do powstania życia na Ziemi, mówi współautor badań Jon Hillier.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Victor Vescovo jest pierwszą osobą w historii, która była w największych głębinach wszystkich ziemskich oceanów. Przed dwoma tygodniami, 24 sierpnia, Vescovo został pierwszą osobą, którą zeszła na dno Głębi Molloy. To najgłębsze miejsce cieśniny Fram, która oddziela Ocean Arktyczny od Atlantyku.
      Vescovo wykorzystał batyskaf DSV Limiting Factor, by zejść na głębokość ponad 5500 metrów. Było zimno, a w ciągu roku jest tylko 6-8 tygodni dobrej pogody, która pozwala na zanurzenie. W zimie miejsce to jest pokryte lodem, a gdy lodu nie ma problemem mogą być sztormy, mówi Vescovo.
      Wyprawa do Głębi Molloy zakończyła „Five Deeps Expedition”, w ramach której Vescovo osiągnął największe głębie wszystkich pięciu oceanów. Wcześniej zanurzył się w Atlantyku, Pacyfiku, Oceanie Indyjskim i Oceanie Południowym. W maju bieżącego roku Vescovo pobił rekord zanurzenia Jamesa Camerona, gdy zszedł w batyskafie na głębokość 10 927 metrów zanurzając się w Głębi Challenger, najgłębszym miejscu Rowu Mariańskiego.
      Jak mówi Vescovo, tym, co najbardziej go pociąga w nurkowaniu na takie głębokości jest świadomość dotarcia do miejsc, w których nikt wcześniej nie był.
      Victor Vescovo ma 53 lata, ukończył Uniwersytet Stanforda, MIT oraz Harvard Business School. Przez ponad 20 lat pracował dla wywiadu amerykańskiej US Navy, był też wykładowcą w Naval Aviation Warfighting Development Center. W 2002 roku założył firmę inwestycyjną Insight Equity, która działa na rynku przemysłu wojskowego, kosmicznego i półprzewodnikowego. Ukończył też Explorer's Grand Slam, w ramach którego należy zdobyć najwyższe szczyty wszystkich kontynentów oraz oba bieguny.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nie żyje gwiazda tajlandzkiego internetu Marium, osierocona młoda samica diugonia przybrzeżnego. Zwierzę zmarło po połknięciu kawałka plastiku.
      Marium została w kwietniu znaleziona i ocalona na plaży na wybrzeżu Krabi na południu Tajlandii. Niedługo później znaleziono drugiego osieroconego diugonia, któremu księżniczka Sirivannavari Nariratana Rajakanya nadała imię Jamil. Para szybko zdobyła sobie status gwiazd internetu. W Tajlandii zwierzęta stały się symbolami walki o ocalenie oceanów. Miliony internautów oglądały filmy, na których widać, jak były leczone i karmione przez biologów morskich.
      W ubiegłym tygodniu tajlandzki Departament Zasobów Morskich i Przybrzeżnych poinformował, że Marium zachorowała i odmawia spożywania pokarmów. Zwierzę padło przed dwoma dniami.
      Teraz ujawniono wyniki autopsji. Okazało się, że Marium połknęła kawałek plastiku. Spowodowało to zatkanie jelit, stan zapalny i nagromadzenie się gazu oraz ropy w płucach. Doszło do wstrząsu, który zabił zwierzę.
      Diugonie przybrzeżne to duże ssaki należące do rzędu syren. Mogą osiągać długość do 3 metrów i wagę do 400 kilogramów. Są gatunkiem narażonym na wyginięcie. Zamieszkują płytkie wody przybrzeżne, gdzie łatwo padają ofiarą drapieżników i człowieka. Zwierzęta te rozmnażają się bardzo wolno. Samica rodzi zwykle po 10. roku życia, ciąża tra ponad rok, na świat przychodzi zwykle 1 potomek, a matka poświęca na jego wychowanie kilka lat, zanim ponownie zajdzie w ciążę. Ponadto diugonie odżywiają się trawą morską, którą człowiek regularnie niszczy czy to poprzez trałowanie sieciami rybackimi, działalność górniczą czy poprzez zanieczyszczanie wód oceanicznych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Pomysł polsko-niemieckiego konsorcjum przyniesie oszczędności i zmniejszy zanieczyszczenie środowiska. W projekcie REWARD uczestniczą naukowcy z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej Politechniki Warszawskiej.
      W pralniach przemysłowych na 1 kg suchych tekstyliów zużywa się do prania nawet 10 litrów wody i 6 g środków piorących – opowiada dr hab. inż. Maciej Szwast, kierujący pracami zespołu z PW. W pralniach, które dziennie piorą 15 ton tekstyliów (zwłaszcza pościel hotelowa i szpitalna, odzież robocza i szpitalna), dzienne zużycie wody sięga nawet 150 tys. litrów, zaś zużycie środków piorących (piorące, zmiękczające, wybielające) około 90 kg. Powstaje zatem duża objętość ścieków zanieczyszczonych tymi chemikaliami, ale również wszystkim tym, co na pranych tekstyliach było.
      Nawet 15 razy mniej
      Polsko-niemiecki zespół chce odzyskiwać większość wody zużywanej w czasie prania, a przy okazji, o ile będzie to możliwe, także część środków piorących. Odzyskana woda mogłaby wracać do procesu prania (na etapie prania wstępnego), a detergenty – zmniejszać ilość dodawanych nowych środków piorących do kolejnych cykli prania.
      Oczywiście w takiej technologii powstaje strumień ścieków, ale nie jest to już 150 tys. litrów dziennie, tylko na przykład 10 – 20 tys. – zaznacza dr hab. inż. Maciej Szwast. Jest to duża oszczędność wody dla zakładu, mniejszy zrzut ścieków i oczywiście duża korzyść dla środowiska naturalnego.
      Nowość
      Jak to się odbywa? Członkowie konsorcjum postanowili wykorzystać proces zintegrowany składający się z filtracji membranowej oraz indukcji dipoli.
      W filtracji membranowej wykorzystujemy nasze własne membrany mikro-/ultrafiltracyjne – są to materiały filtracyjne (trochę coś na wzór sitka) o otworach na poziomie ułamków (nawet setnych części) mikrometra – wyjaśnia dr hab. inż. Maciej Szwast. Przez membranę przepływa woda wraz z rozpuszczonymi w niej związkami, w tym środkami piorącymi. Natomiast zatrzymywane są elementy, które są większe niż pory (otwory) w membranie – czyli w szczególności cząstki stałe tworzące brud, a także tłuszcze i białka (w szczególności tworzące micele ze środkami piorącymi).
      Tak uzyskany filtrat można ponownie użyć w procesie prania.
      Indukcja dipoli to metoda znana głównie w przemyśle metalurgicznym – tłumaczy dr hab. inż. Maciej Szwast. Tu specjalnej konstrukcji elektroda nadaje cząstkom stałym (w naszym przypadku włókienkom tekstyliów lub cząstkom brudu) ładunek elektryczny, dzięki czemu tworzą one większe aglomeraty, co pozwala je łatwiej zatrzymywać na membranie.
      Jak zaznacza naukowiec z Politechniki Warszawskiej, moduły membranowe od kilku lat są instalowane pralnicach. Mają one jednak na celu jedynie podczyszczenie wody zrzucanej do ścieków – precyzuje. Wydaje się, że my jako pierwsi poważnie zajęliśmy się tematem zamykania obiegu wody w pralni.
      Potwierdzenie w badaniach
      W ramach projektu wykonano już dwa badania w warunkach rzeczywistych – czyli na prawdziwej pralnicy przemysłowej. Woda (a właściwie ścieki) pobierane po procesie prania zasadniczego były oczyszczane na instalacji pilotowej wyposażonej w moduł membranowy oraz elektrodę dipolową. Tak oczyszczoną wodę można było potem wykorzystać w kolejnym cyklu prania.
      Badania te pokazały, że nasza metoda oczyszczania jest skuteczna – mówi dr hab. inż. Maciej Szwast. Dodatkowe badania, prowadzone zgodnie z niemieckimi normami przemysłu pralniczego, dowiodły, że jakość prania nie pogorszyła się podczas stosowania wody zregenerowanej w stosunku do jakości prania z wykorzystaniem wody świeżej. Główny cel projektu – odzysk wody – został zatem zrealizowany.
      Czy pomysł zostanie wdrożony?
      Aktualnie trwają prace nad zmniejszeniem ilości dodawanych środków piorących w kolejnych cyklach prania, a także przygotowywanie analiz ekonomicznych takiego rozwiązania, zarówno dla warunków polskich, jak i niemieckich.
      Celem projektu REWARD jest opracowanie technologii oraz jej ocena ekonomiczna. Nie obejmuje on już wdrożenia. Ale jest ono wielce prawdopodobne, w dużej mierze ze względu na doświadczenia i kompetencje członków konsorcjum. A są to, poza Politechniką Warszawską, Polymemtech sp. z o.o. (polski producent instalacji membranowych), Hollywood Textile Service – jedna z większych pralni przemysłowych w Polsce, Hochenstein  Institute (prywatny ośrodek badawczy z Niemiec), ATEC (niemiecki producent instalacji membranowych) i AQON (niemiecki producent instalacji przemysłowych, w tym indukcji dipolowej).
      Trzon zespołu z PW stanowią dr hab. inż. Maciej Szwast i mgr inż. Daniel Polak. W prace zaangażowana jest także grupa dyplomantów z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Rzeki i jeziora zajmują zaledwie 1% powierzchni Ziemi, ale są domem dla 30% gatunków ziemskich kręgowców. Należą jednocześnie do jednych z najbardziej zagrożonych ekosystemów.
      Naukowcy z Instytutu Ekologii Wód Słodkich i Rybołówstwa Śródlądowego im. Leibnitza przeprowadzili badania dotyczące spadku liczebności dużych gatunków słodkowodnych. Okazało się, że w latach 1970–2012 liczebność światowej populacji słodkowodnej megafauny kręgowców zmniejszyła się o 88%. To dwukrotnie większy spadek niż w przypadku gatunków lądowych i morskich. Najbardziej narażone są duże ryby.
      Słodkowodna megafauna to żyjące w wodach słodkich zwierzęta, których waga przekracza 30 kilogramów. Należą do nich np. delfiny, bobry, krokodyle, żółwie czy jesiotrowate.
      Naukowcy zebrali wszelkie możliwe dane dotyczące 126 gatunków światowej megafauny oraz określili historyczny i obecny zasięg dla 44 gatunków Europy i USA. Uzyskane wyniki są alarmujące, mówi Sonja Jähing, jedna z głównych autorów studium.
      W latach 1970–2012 liczebność słodkowodnej megafauny zmniejszyła się o 88%. Do największych spadków doszło w krainie orientalnej (obejmującej południe Azji, od granicy Pakistanu z Iranem poprzez Indie, Azję Południwo-Wschodnią, Archipelag Malajski i południe Chin), gdzie zanotowano 99-procentowy spadek oraz w krainie paleoarktycznej (spadek o 97%), która obejmuje obrzymi obszar od Azorów, Wysp Kanaryjskich, Wysp Zielonego Przylądka, poprzez Afrykę powyżej zwrotnika Raka, północną część półwyspu Arabskiego, całą Europę, Rosję i kraje byłego ZSRR, Iran, Afganistan, część Pakistanu, Mongolię, środkowe i północne Chiny, obie Koree i Japonię.
      Najbardziej zmniejszyła się liczebność wielkich ryb, jak jesiotrowate, łososiowate i sumokształtne. Tutaj zanotowano spadki o 94%. Następne na liście najbardziej zagrożonych są gady (spadki o 72%).
      Główną przyczyną spadki liczebności światowej megafauny jest nadmierna ich eksploatacja przez człowieka. Zwierzęta te są zabijane dla mięsa, skór, ludzie wybierają tez ich jaja. Ponadto za spadek liczebności dużych gatunków ryb można też obwiniać coraz mniejszą liczbę swobodnie płynących rzek. Budowane przez człowieka zapory uniemożliwiają rybom dotarcie do miejsc rozrodu i żerowania. Pomimo tego, że wielkie światowe rzeki już są mocno pofragmentowane, to ludzie planują wybudowanie na nich kolejnych 3700 dużych zapór. Ponad 800 z nich powstanie w miejscach największej bioróżnorodności megafauny, w tym w basenach Amazonki, Kongo, Mekongu i Gangesu, ostrzega główny autor badań Fengzhi He.
      Na szczęście mamy też przykłady udanych działań na rzecz ochrony słodkowodnej megafuny. W USA populacja 13 takich gatunków, w tym jesiotra zielonego i bobra kanadyjskiego jest stabilna lub nawet rośnie. W Azji po raz pierwszy od 20 lat zanotowano wzrost populacji oreczki krótkogłowej zamieszkującej basen Mekongu. E W wielu regionach Europy udało się przywrócić populację bobra, a obecnie trwają wysiłki na rzecz reintrodukcji jesiotra zachodniego i jesiotra bałtyckiego w europejskich rzekach.
      Zagrożona wyginięciem jest ponad połowa gatunków słodkowodnej megafauny objętej niniejszym badaniem.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...