ENERGIJA

Pripremio: J.I.

Na mestu gde se susreću slatka i slana voda moguće je proizvoditi jeftinu i čistu energiju

UŠĆa reka kao elektrane

Po mišljenju holandskog inženjera Virmana, moguće je iskoristiti energiju reka koje se ulivaju u mora bez štetnog uticaja po okolinu ili po gust rečni saobraćaj. On i njegove kolege iz holandskog Centra za održivu tehnologiju vodenih resursa nisu za pravljenje ogromnih brana i za zasipanje rečnih korita turbinama. Oni veruju da mogu doći do energije zarobljene u Severnom moru tako što će je, zajedno sa slatkom rečnom vodom iz Rajne, usmeriti u novu vrstu akumulatora. S nizom akumulatora, ušće reke može obezbediti preko jednog gigavata električne energije putem procesa koji se naziva «plava energija». Ta količina struje dovoljna je za oko 650.000 domova

Snaga saliniteta koristi hemijske razlike između slane i slatke vode. Ovaj projekat samo nagoveštava moguću tehnologiju. Od ušća reke Gang do delte Misisipija, skoro svaki veliki estuar može proizvesti neprekidan dotok „zelene“ električne energije, danju i noću, kad pada kiša i kad sija sunce, bez oštećivanja osetljivog ekosistema ili ugrožavanja ribolova. Jedna od procena je da «snaga saliniteta» može postati ozbiljan snabdevač energijom, obezbeđujući 7 procenata ukupne potrebe za energijom u svetu.

Virmanov tim je uradio laboratorijske testove na prototipu generatora električne energije korišćenjem slane vode, i sada pokušava da ga unapredi. Grupa norveških inženjera otišla je korak dalje. U sledećih nekoliko meseci, inženjeri firme «Statkraft» planiraju da pokrenu prvu svetsku elektranu koja koristi energiju slane vode. Iako je njihov prototip relativno male veličine, uticaj bi mogao da bude veoma velik. Šta predstavljaju ove tehnologije, koja daje bolje rezultate i zašto se električna energija ne bi proizvodila na svim mestima gde se reke ulivaju u mora?

Počelo je osmozom

Ideja o korišćenju slane vode u svrhe stvaranja energije javila se krajem 1950-tih, kada su Sidni Loeb i njegov kolega - zajedno su radili na Univerzitetu u Kaliforniji, u Los Anđelesu - smislili način za izdvajanje pijaće vode iz mora. Njihova ideja je bila zasnovana na osmozi, prirodnom procesu tokom kojeg voda spontano iz razblaženog prelazi u koncentrovani rastvor kroz polupropustljivu membranu. Njih dvojica su shvatili da korišćenjem sintetičke membrane i pumpi pod visokim pritiskom mogu preokrenuti tok osmoze i bukvalno „iscediti“ slatku vodu iz slane, što je postupak koji se sada koristi u fabrikama za desalinizaciju širom sveta.

Otprilike 15 godina kasnije, Loeb je došao na još jednu ideju. Radeći na Univerzitetu Ben-Gurion, u Izraelu, pregledao je rezervoar s dve komore razdvojene polupropustljivom membranom. Pošto je slana voda na jednom a slatka na drugom kraju, osmoza „povlači“ slatku vodu u pravcu slane a pritisak raste. Slana voda se pod pritiskom zatim može usisati kroz turbinu kako bi se stvorila električna energija. Ovaj proces je poznatiji pod skraćenicom PRO (pressure retarded osmosis). Loeb ga je patentirao 1973. godine.

Njegov plan je bio da sakupi energiju tamo gde se reke susreću sa okeanom, u blizini tačke gde se mešaju slatka i slana voda. Slatka voda će se cevima sprovoditi do elektrane odozgo a slana voda odozdo. Unutar elektrane, slatka i slana voda će se sprovoditi sa svake strane membrane. Osmoza će, potom, obezbediti dovoljno jak pritisak vode (do 12 atmosfera) za proizvodnju električne energije.

Ključ je u pronalaženju prave membrane. Ona bi morala da propušta vodu ali ne i soli, da istovremeno bude veoma tanka i izuzetno izdržljiva. Pošto se ovo pokazalo kao ideja koju je vrlo teško sprovesti u delo, Loeb se povukao 1986. godine i njegov san se nije realizovao.

Ideja je vraćena u život 1997. godine, kada su Tor Torsen i Torlejf Holt, iz Norveške, zaključili da je tehnologija izrade membrana dovoljno napredovala da se Loebova ideja ostvari. Pošto su obavili detaljne proračune, ubedili su rukovodioce “Statkrafta” da se salinitet može i te kako isplatiti u Norveškoj. Koristeći Loebovu ideju, oni danas veruju da su nadomak svog cilja.

Razvoj membrane je najteži zadatak. One koje se koriste u fabrikama za desalinizaciju su previše debele i ne propuštaju dovoljno vode. Na poboljšanju dizajna tih membrana se intenzivno radi. Dok su prve membrane stvarale otprilike 100 milivati po kvadratnom metru, najnovija generacija proizvodi 3 vata po kvadratnom metru, što je veoma blizu cilja - količini od 5 vati. Smatra se da su ove membrane dovoljno efikasne tako da će pomenuta kompanija pokrenuti prvi svetski prototip fabrike PRO-a, koja će se zvati “Tofte”.

Nova elektrana neće biti veća od jednog teniskog terena. Veličina makete u laboratoriji jednaka je veličini šoljice za kafu. Celokupna fabrika će zahtevati milione kvadratnih metara membrane, tako da je neophodno maksimalno proširenje prostora za razmenu. Ekipa upravo testira dva dizajna. Kod prvog, dugačka membrana u obliku cevi savijena je po dužini u spiralu. Slatka voda se pumpa kroz cev, dok se slana sprovodi oko cevi sa spoljašnje strane. Svaka spiralna rolna ima manje od jednog milimetra u prečniku, a na stotine njih je paralelno raspoređeno unutar cevi. Što se drugog dizajna tiče, membrana je pretvorena u pravilne cevi koje se prostiru kroz tank slane vode. Slatka voda se pumpa duž tih cevi.

Pomoć gravitacije

Pored pronalaženja načina da se membrane „spakuju“ zajedno, istraživači moraju da smisle kako da spreče zagušenje pora muljem i algama. Radi se na zaštitnom omotaču membrane i eksperimentiše načinima za ispiranje mulja. Jedan od izazova biće i smanjenje energije koja se koristi da se voda sprovede u fabriku. Laboratorijski testovi pokazuju da se petina električne energije troši na usisavanje vode. Međutim, mnoge norveške reke se spuštaju sa strmih planina tako da će se za usisavanje slatke vode koristiti samo gravitacija. Ukoliko se elektrana sagradi ispod zemlje ili na rečnom koritu, gravitacija će pomagati i kad je u pitanju slana voda.

Fabrika “Tofte” će proizvoditi oko četiri kilovata, iako će se petina koristiti za pumpanje vode. Ostatak, nešto preko tri vata, može zagrejati otprilike nekoliko čajnika, ali se “Statkraft” nada da će napraviti fabriku velikih razmera do 2015. godine. Ona će biti veličine fudbalskog stadiona, imaće pet miliona kvadratnih metara membrane, a proizvodiće oko 25 megavati električne energije. To bi trebalo da bude dovoljno za više od 15.000 domaćinstava.

“Statkraftovi” proračuni su da bi snaga slane vode mogla snabdeti Norvešku sa 12 teravat-sati električne energije godišnje, što je oko deset procenata potrošnje u celoj zemlji. Procenjuje se da globalni potencijal iznosi od 1600 do 1700 teravat-sati godišnje, što je jedan procenat celokupne energije potrebne svetu u toku jedne godine. Ovo bi značilo da će se iskoristiti otprilike polovina količine slatke vode koja se nalazi tamo gde su velika ušća reka u mora.

Javio se i skepticizam povodom uvođenja “Statkraftove” tehnologije. Norveške reke sadrže relativno malo mulja i blata. Suprotno tome, u delovima sveta kao što su Holandija i Velika Britanija ima dosta mulja i bakterija u rekama. Cena čišćenja takvih reka je suviše visoka i time se pozitivni efekat PRO-a u potpunosti potire.

Generator “plave energije”

Virman i njegove kolege izumeli su konkurentni sistem. U pitanju je akumulator zasnovan na soli. Nazvan „plava energija“, on stvara električnu energiju tako što pomera jone a ne molekule vode preko membrana. U stvari, sistem zahteva dve vrste membrane - jednu propustljivu za pozitivne jone a drugu za negativne. Nijedna dosad ne propušta vodu.

Morska voda sadrži približno 35 gr soli po litru i, u poređenju sa slatkom vodom, prepuna je pozitivno naelektrisanih jona sodijuma i negativno naelektrisanih jona hlorida. Napravljene su odvojene komore. Kad slatka i slana voda u isto vreme teku kroz različite membrane, joni hlorida se kroz prvu membranu ulivaju u slatku vodu, dok joni sodijuma kroz drugu membranu teku u suprotnom pravcu. Ovakvo kretanje jona stvara razliku u potencijalu između para elektroda koje se nalaze na svakom kraju ćelije.

Virman i njegove kolege su se, u svojoj laboratoriji, prebacili na mali prototip generatora „plave energije“. Iako proizvodi samo 20 vati električne energije, dovoljan je da ubedi finansijere da oforme kompaniju “Redstek”, koja će komercijalizovati tehnologiju. “Redstek” i “Vetsus” sada zajedničkim snagama rade na probnom projektu u jednom rudniku soli u severnoj Holandiji. Slane otpadne vode iz rudnika i slatka voda iz lokalne reke se sprovode u probnu fabriku a svaka cev napaja niz kanala slane ili slatke vode unutar akumulatora. Postrojenje, veličine tri mašine za pranje veša, trebalo bi da proizvodi nekoliko kilovati struje. Za razliku od fabrike “Tofte”, ona nije povezana sa električnom mrežom, ali će pomoći istraživačima da procene kako bi se proizvodnja „plave energije“ mogla unaprediti.

Dizajn membrane je zasad pod znakom pitanja a protok vode treba pobolojšati. S obzirom na to da samo joni prolaze kroz membranu, smanjen je dotok mulja u odnosu na tehnologiju rivala. Virman i njegove kolege su izračunali da će (pod uslovom da se iskoriste sve reke odgovarajuće veličine u Holandiji), „plava energija“ obezbediti 75 procenata od ukupne količine potrebne električne energije. Iskorišćavanjem skoro polovine vode koja teče u najvećim rekama sveta, procenjuje se da „plava energija“ može obezbediti do 7 procenata potrebne električne energije u svetu.

Smatra se da je ova brojka preterano optimistična. Nisu uzete u obzir sezonske varijacije nivoa vode i uticaj sredine. U teoriji, reka Rajna može „isporučiti“ 5 gigavati struje. U praksi, nemoguće je blokirati ili preokrenuti ceo rečni tok a da se prilikom toga prirodi ne nanese ozbiljna šteta. Ipak, Virman procenjuje da bi iskorišćavanje jedne petine rečnog toka bilo sasvim prihvatljivo, što bi obezbeđivalo oko 7000 gigavat-sati električne energije godišnje.

Neka bude čisto

Ovaj proces stvara slanu bljutavu vodu koja se jednostavno može cevima sprovesti u more. Svaka fabrika zahteva cevovode koji bi sakupljali ili otpuštali vodu i stubove za sprovođenje električne energije do mreže. Velike reke često imaju industrijske luke na obalama pa se fabrike mogu podizati u takvim oblastima pošto je veći deo potrebne infrastrukture već tu.

Ušća reka u mora nisu jedina mesta na kojima se može iskoristiti energija vode. Ona se može stvarati i u fabrikama za desalinizaciju uz pomoć ostataka slane vode, ili uz pomoć otpadnih voda industrijskih procesa ili rudnika soli. Postoji plan da se iskoristi brana Afsluitdijk, koja razdvaja jezero Ijselmer od Severnog mora u centralnoj Holandiji.

Ijselmer je najveće jezero u zapadnoj Evropi - oko 1100 km2. Jezero napaja reka Ijsel, čiji nivo svakog dana raste za po 4 cm. Ova količina nije dovoljna za hidroelektričnu energiju, a višak se trenutno izbacuje u Severno more. Međutim, nasip Afsluitdijk je savršen za napajanje kroz jonske membrane u elektranama. Ovako bi se moglo proizvesti i na stotinu megavati u vreme kada je potražnja najveća.

U poređenju sa konvencionalnim generatorima električne energije, elektrana koja koristi vodu je veoma skupa u početku, ali cene bi trebalo značajno da opadnu kad tehnologija dokaže svoj kvalitet. Procenjuje se da bi izgradnja pomenute elektrane koštala 600 miliona dolara. Fabrika bi bila velika kao dva fudbalska terena, a proizvodila bi električnu energiju po maloprodajnoj ceni od 90 dolara po megavat-satu. “Statkraft” ne otkriva podatke, ali se zna da je cilj proizvodnja energije po ceni od 65 do 125 dolara po megavat-satu do 2015. godine. Radi poređenja, moderne elektrane koje koriste fosilna goriva proizvode energiju po ceni od približno 50 dolara po megavat-satu.

Ukoliko se planovi ostvare, projekti će biti pouzdaniji od snage vetra a to će imati značajan pozitivan uticaj na globalnu proizvodnju. Na primer, smatra se da tipična vetroelektrana može proizvesti samo polovinu količine električne energije koju je u stanju da obezbedi elektrana koja koristi energiju slane vode.

Kad “Statkraft” pokrene probnu fabriku, pravi potencijal nove tehnologije bi trebalo da postane očigledniji. Niko ne tvrdi da je ovakav način proizvodnje energije rešenje za sve probleme, ali bi moglo da odigra značajnu ulogu i osigura bolji svet u budućnosti. Nažalost, Loeb neće biti svedok ovih događaja. Umro je u 92. godini, decembra 2008.

JI