Hrvatski znanstvenici razvili revolucionaran izvor čiste energije temeljen na osmozi

Foto: 123rf

MEĐUNARODNI tim znanstvenika, unutar kojega su radili i hrvatski fizičari Aleksandra Rađenović i Andraš Kiš s École Polytechnique Fédéralede Lausanne u Švicarskoj, objavio je u Natureu, najprestižnijem znanstvenom časopisu svijeta, rad koji predstavlja značajan napredak na području obnovljive energije utemeljene na osmozi, piše Nenad Jarić Dauenhauer za Bug.

"Ta energija mogla bi se proizvoditi na utocima rijeka u mora, gdje postoji razlika u koncentracijama soli u vodi. Prema nekim procjenama, u svijetu bi se tom tehnologijom moglo stvarati oko dva teravata izvora čiste energije. Za usporedbu, toliko se proizvodi u oko 2000 prosječnih nuklearnih reaktora, a prema podacima organizacije World Nuclear Association, u svijetu trenutno radi 437 civilnih reaktora, dok ih je još 66 ih je u izgradnji".

Kako se stvara energija?

"Osmoza je načelno proces prolaska otapala kroz polupropusnu membranu iz područja njegove više koncentracije u područje niže koncentracije. Budući da je membrana propusna na otapalo, ali ne i na otopljenu tvar, molekule otapala teže difuziji iz otopine s nižom koncentracijom otopljene tvari (hipotonična otopina) u otopinu s višom koncentracijom (hipertonična otopina), kako bi se koncentracije s obje strane membrane izjednačile. Prijelaz otapala na drugu stranu membrane stvara razliku tlakova, a ona je potencijalni izvor energije.

No, postoje i polupropusne membrane koje propuštaju otopljene tvari (poput iona nekih soli) iz područja njihove veće koncentracije u područje niže koncentracije. Ovakav proces osmoze može biti izvor električne energije.

Trenutno postoje dvije praktično primjenjive metode za dobivanje energije osmozom koje se temelje na ova dva različita procesa.

Dvije metode
 
"U prvoj, prema već spomenutom principu, voda niskog saliniteta prolazi kroz polupropusnu membranu u spremnik vode visokog saliniteta čime se u drugom spremniku podiže tlak i pokreće turbina. Ovu metodu 70-ih je razvio profesor Sidney Loeb u SAD-u. U to vrijeme još nije bio planiran njezin ozbiljan razvoj zbog niske cijene električne energije i niske učinkovitosti metode. Prvu elektranu na osmozu koja stvara tlak pokrenula je Norveška 2009. godine. Primarna svrha te elektrane - prototipa bila je tek istraživanje i razvoj tehnologije jer je njezina instalirana snaga iznosila samo 10 kW. Zbog procjene da se daljnja ulaganja neće isplatiti, Norveška je svoja istraživanja u Toftu obustavila 2013. godine. Glavna prepreka za stvaranje komercijalne elektrane na principu stvaranja osmotskog tlaka jest činjenica da je učinkovitost polupropusne membrane u toj tehnologiji trenutno oko 1 W po četvornom metru. Stručnjaci se nadaju da bi do 2020. možda mogli dosegnuti učinkovitost od 5 W.

Druga metoda, poznata kao reverzna elektrodijaliza (RED), temelji se na drugom spomenutom procesu – na razmjeni iona kroz polupropusnu, električno nabijenu membranu na kojoj se nalaze nanopore. Ovom metodom, čiji sustav funkcionira kao baterija, postignuta je značajno veća učinkovitost. Godine 2013. francuski su znanstvenici uspjeli stvoriti 1000 W po četvornom metru. No, hrvatski znanstvenici, zajedno sa svojim kolegama iz Švicarske i SAD-a, u Natureu su predstavili tehnologiju koja bi mogla imati još mnogo veću učinkovitost – čak 1 MW po četvornom metru.

U metodi RED, koju je unaprijedio naš tim, koriste se dva spremnika vode odvojena membranom na kojoj su raspoređene nanopore. U prvom spremniku koncentracija otopljenih soli, a time i nabijenih iona je velika, a u drugom mala. Kada ioni prođu kroz nanopore, na drugoj strani raste količina određenog naboja, pa, kao u bateriji, između dva spremnika raste električni napon. Ako se u sustavu koristi slana morska voda i neslana riječna (čiji su izvori kontinuirani), ioni soli prelazit će kroz membranu iz morske vode u riječnu. Na taj način stvara se električna energija", objašnjava Jarić Dauenhauer za Bug.