пятница, 20 апреля 2012 г.

Как увеличить энергетический потенциал рек, впадающих в моря

Как увеличить энергетический потенциал рек, впадающих в моряНгай Йин Йип и Менахем Элимелех из Йельского университета (Коннектикут, США) провели исследование границ возможностей осмотических электростанций по утилизации энергии смешивания пресной и солёной воды в местах впадения рек в моря. Из отчёта, опубликованного в журнале Environmental Science & Technology, следует нечто парадоксальное: экономическая эффективность осмоЭС будет выше, если они... снизят количество энергии, извлекаемой из одного кубометра смешиваемой воды. Как так? Давайте разбираться.

Обычно энергию гидроресурсов принято осваивать, глядя на неё с физической точки зрения: скорость потока, перепад высот, объём стока... До недавнего времени никто не задумывался над количеством энергии, таящемся в эстуариях рек — местах, где они впадают в море. Концентрация солей в морской воде выше, чем в пресной, поэтому там, где они смешиваются, между солёной и пресной водой, если их разделить полупроницаемой мембраной, возникает осмос (процесс односторонней диффузии через молекулы растворителя — речной воды — в сторону большей концентрации растворённого вещества — морских солей, в результате чего давление солёной воды самопроизвольно возрастает). Так как давление солёной воды, подвергшейся осмосу, больше, чем атмосферное, возникает мощный поток, который может быть использован для приведения в действие гидротурбины, вырабатывающей энергию.

Первая опытная станция такого рода, мощностью в сакраментальные 4 кВт (столько же потребляют два электрочайника), была запущена в конце 2009 года в Норвегии.

Одна беда: нынешние мембраны позволяют получать всего 1 Вт с квадратного метра поверхности. Поэтому для выработки 4 кВт требуется 4 000 м² мембран, что исключает экономическую целесообразность такого рода станций.

В новом исследовании выясняются реальные ограничения эффективности такой технологии и постулируется, что они гораздо больше сегодняшних. Так, хотя общая потенциальная энергия процесса перемешивания пресной и морской воды составляет 0,81 кВт•ч/м³, теоретически извлекаемая энергия равна лишь 0,75 кВт•ч/м³, в то время как практически извлекаемая — всего 0,37 кВт•ч/м³. Под разницей между теоретически возможным и практически разумным извлечением энергии учёные понимают отказ от того, что, по их словам, ограничивает возможности нынешних мембран, — жадность. А попросту то, что разработчики нынешней экспериментальной станции хотели добиться максимального использования потенциала смешивания солёных и несолёных вод и для этого внедрили мембраны с максимальными задерживающим характеристиками. Обратной стороной этого стало снижение скорости процесса смешивания и бόльшая площадь требующихся для этого мембран — а значит, и их высокая цена на киловатт установленной мощности. Кроме того, такие мембраны быстро забивались органикой и коллоидными взвесями.

По мнению авторов работы, высокая эффективность осмотических электростанций требует снижения доли энергии осмоса, которую она использует. Для этого рекомендуется повысить проницаемость мембран. Это приведёт как к радикальному уменьшению их площади на единицу мощности осмоЭС, так и к росту их устойчивости к загрязнениям речной воды.

И даже несмотря на то, что это вызовет снижение формального КПД таких станций до 40–45% с нынешних 60%, они останутся весьма значимым источником энергии. Годовой сброс речных вод составляет 3 730 км³, то есть с использованием 10% от этого количества — если воспользоваться предложенной исследователями схеме — можно будет добиться выработки чистой электроэнергии в 1,37 трлн кВт•ч в год, притом что мировое энергопотребление сегодня составляет всего около 20 трлн кВт•ч. Возможно, это выглядит не так внушительно, как огромный потенциал эоловых и солнечных электростанций, однако их осмотические конкуренты гораздо стабильнее, поскольку работают круглые сутки 365 дней году.

Подготовлено по материалам Phys.Org и Environmental Science & Technology .

Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Другие новости науки и техники":

Пересадка фоторецепторов устранила слепоту
Учёные добились возврата зрения слепой мыши, пересадив ей в сетчатку клетки-предшественники палочек. Исследователи из Лондонского университетского колледжа (Великобритания) сумели восстановить зрение слепой мыши, пересадив в её сетчатку клетки-предшественницы палочек. Как известно, фоторецепторы в нашем глазу делятся на две группы: палочки и колбочки. Палочки чувствуют самые незначительные кол...
  (читать дальше)

У даманов нашли диалекты
Песни даманов из разных колоний не совпадают, и чем дальше зверьки живут друг от друга, тем сильнее у них вокально-языковые различия. Даманы известны своим необычным родством: эти небольшие зверьки похожи на банальных грызунов, однако, как уверяют зоологи, их ближайшими родственниками являются не морские свинки или сурки, а... слоны. Даманы живут колониями в несколько десятков особей, выбирая ...
  (читать дальше)

Порнофильмы ухудшают зрение
При просмотре «откровенных сцен» сексуальные центры подавляют активность зрительных. Следует, наверно, сразу уточнить — дело вовсе не в том, что «половая невоздержанность» и «безнравственное поведение» вызывают слепоту (хотя похожий миф до сих пор существует, например, в отношении мастурбации). Речь идёт о временном подавлении активности зрительного анализатора в мозгу, происходящем при просмотр...
  (читать дальше)

Идентификация по радужной оболочке глаза, скорее всего, станет повсеместной нормой
Исследователи из американского Национального института стандартов и технологий (NIST) провели сравнительное изучение 11 приложений для распознавания человека по радужной оболочке глаза и установили, что некоторые программы способны к почти молниеносному надёжному опознанию человека при однократном захвате изображения с камеры. Это значит, что очень скоро повсеместно может быть внедрён новый мето...
  (читать дальше)

Как сэкономить на дорогом стиральном порошке и остаться опрятным
Индийские исследователи заявили о разработке и успешном тестировании нового метода многоразового использования (сотни раз!) дорогих ферментов, разлагающих загрязнения и тем самым резко увеличивающих чистящую способность стиральных порошков и отбеливателей. В противном случае — при употреблении наиболее эффективных и очень дорогих порошков с ферментами — последние отправляются прямиком в слив после...
  (читать дальше)

Детское ожирение связано с чистотой воздуха, вдыхаемого беременной матерью
17% американских детей страдают ожирением, а в бедных районах этот показатель достигает 25%. Основными причинами избыточного веса считаются плохое питание и физическая инертность, но, оказывается, немалую роль в этой «эпидемии» играет также загрязнение воздуха. Исследование, проведённое сотрудниками Колумбийского университета (США), показало, что у женщин из Нью-Йорка, подвергавшихся во время вы...
  (читать дальше)

Создана математическая модель канатоходца
Группа исследователей из Гарвардского университета (США) предложила математическое описание движений, которые позволяют канатоходцу удерживать себя в вертикальном положении. Расчёты указывают на «золотую середину», то есть оптимальные условия, которые позволяют балансировать с минимальными усилиями. Модель поможет учёным лучше понять, как сотрудничают мозг и тело, занимаясь сложной задачей. В ...
  (читать дальше)

Не все аммониты были кочевниками
Около 400 млн лет назад в океане завелись головоногие моллюски аммониты. Считается, что они бороздили просторы в поисках рыбы и других жертв, однако новое исследование показало, что дальние родственники осьминогов и кальмаров иногда вели оседлый образ жизни, предпочитая окрестности метановых источников. Аммониты вымерли примерно 65 млн лет назад (одна из самых долгоживущих групп древних организм...
  (читать дальше)

Как устроена система правосудия в мозгу
Нейрофизиологи попробовали объяснить, почему человек может судить других людей, не имеющих к нему никакого отношения. Одно из самых фундаментальных отличий человека от животных — это наша тяга к общественной справедливости: мы хотим наказать преступника, который лично нам ничего плохого не сделал. Способность человека выступать судьёй в чужом споре позволяет существовать большим общностям, где к...
  (читать дальше)
НАСА и ЕКА будут осваивать Марс в четыре этапа
Группа учёных из Европы, Канады и США, включая специалистов НАСА и ЕКА, выделила четыре главных требования к будущим проектам, посвящённым доставке образцов марсианского грунта на Землю. Во главу угла поставлены поиск следов прошлой или нынешней жизни. Отправка человека — на последнем месте. Хотя выполнение первоочередной задачи — всё равно что поиск иголки в стоге сена, учёные полагают, что и...
  (читать дальше)

Как природа осуществляет наноразмерный контроль за солнечной энергией
Начало природного процесса захвата солнечной энергии происходит в абсорбирующих свет протеиновых комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Даже после миллиардов лет эволюции Природа и не думает отказываться от находящегося в центре РЦ абсорбирующего свет гексамерного кофактора, нужного для проведения самой первой химической реакции фотосинтеза — индуцированного светом э...
  (читать дальше)

Почему секс и красный цвет взаимосвязаны
Исследователи пришли к выводу, что красные женские гениталии не возбуждают мужчин — следовательно, для сексуальной символики красного цвета нужно искать иное, менее наглядное объяснение. Обычно поведенческие эксперименты такого рода проводят на млекопитающих. Поэтому то, что в исследовании участвовали не самцы обезьян, а обычные мужчины, добавляет результатам ещё и солидную долю пикантности. С...
  (читать дальше)

Как мысли о смерти нам жить помогают
Размышления о смерти делают нас добрее и внимательнее, а вид на кладбище способен помочь с пошатнувшимся здоровьем. Общество обычно табуирует тему смерти. Считается (и тому есть подтверждения в работах психологов), что мысли о смерти негативно влияют на психику, способствуют асоциальному и даже антисоциальному поведению, и что нормальной жизни «размышления о вечном» следует держать в узде. С пси...
  (читать дальше)

Королевство кривых лучей
Обычно свет распространяется по прямой. Конечно, при помощи сред с различными коэффициентами преломления его можно отклонить. Однако новые исследования двух независимых научных групп показывают, что и сам по себе пучок света может изгибаться до 360˚. Часто новое — это хорошо забытое, но не обязательно старое. В конце 1970-х физики Майкл Берри из Бристольского университета (Великобритания) и Нанд...
  (читать дальше)

Объявлены победители конкурса подводной фотографии
Подведены итоги ежегодного конкурса подводной фотографии, который проходит под эгидой Школы морских и атмосферных наук Университета Майами (США). До участия допускаются только любители, которые зарабатывают на фотографии не более 20% своего дохода. Второе место в категории «Макросъёмка»: «фарфоровый» краб из семейства Porcellanidae, зацепившийся за полип морское перо в национальном парк...
  (читать дальше)

Заболевания дёсен, оказывается, не имеют отношения ни к инфарктам, ни к инсультам
Вот уже два десятка лет учёные твердят о связи между заболеваниями дёсен, инфарктами и инсультами. И вдруг новый анализ данных показывает, что эти заявления ошибочны. Американская кардиологическая ассоциация опубликовала в AHA journal Circulation «научный рапорт», заключающий, что периодонтит не повышает риска возникновения сердечно-сосудистых хворей и не является их причиной. Более того, нет ни м...
  (читать дальше)

Аспирин, возможно, помогает против ожирения
Салициловая кислота, образующаяся в результате расщепления аспирина, активирует расщепление жиров в клетке. Кажется, человечество вот уже более полутораста лет живёт с лекарством от всех болезней, не догадываясь о его чудодейственном всемогуществе. Не так давно проходило сообщение о том, что аспирин можно пить для профилактики рака; полным ходом исследуется его благотворное влияние при сердечно-...
  (читать дальше)

Как звучит симметрия субатомного мира?
Хотите услышать песнь позитрона? Итальянский инженер Доменико Вичинанца, кажется, готов воплотить вашу мечту. Этот человек уже экспериментировал с вулканической активностью и даже играл древнегреческую музыку с «Оркестром забытых звуков». Теперь его влечёт субатомный мир туманных и пузырьковых камер — предшественников современных детекторов частиц. Туманную камеру изобрёл в 1895 году шотландск...
  (читать дальше)

Нам бы расписания взять и отменить
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что отмена управления наземным общественным транспортом при помощи расписания и использование децентрализованной самоуправляющейся схемы позволяет сделать движение более эффективным. В работе, опубликованной в журнале Transportation Research, описан алгоритм, позволяющий минимизировать интервалы между появлениями автобусов на о...
  (читать дальше)