Podrobnosti: Vytvořeno 14. březen 2010; Napsal Radka Zubcová

S tím, jak se lidé snaží nalézt šetrnější způsoby výroby energie za využití přírodních a obnovitelných zdrojů, vyrábíme již energii ze slunečního světla či roztáčením vrtulí větrných elektráren. Nedávno byl objeven další možný způsob, který dokonce již uvedli do zkušebního provozu v Norsku. Klíčem celého procesu je slaná voda.

Jak výroba energie osmózou funguje?

Princip osmózy prvně zdokumentoval francouzský přírodovědec Henri Dutrochet ve 20. letech 19. století. Fyzikální jev jednosměrného pohybu kapaliny přes polopropustnou membránu nevyžaduje energii, funguje na principu vyrovnávání koncentrací v roztocích.

Nákres principu osmózy

Myšlenka využít rozdíl koncentrace soli mezi říční a mořskou vodou a získat tak energii vznikla již koncem 60. let.

Americký inženýr chemie Sidney Loeb tehdy sestrojil nádrž, která je rozdělena na dvě části pomocí polopropustné membrány. Do jedné komory se napustí říční voda, do druhé mořská, slaná. Díky fyzikálnímu jevu, který se nazývá osmóza, kapalina spontánně proudí do míst s vyšší koncentrací soli, aby se rozdíl v koncentracích vyrovnal. To má za následek zvýšení tlaku v jedné části nádrže a natlakovaná voda se pak může hnát do turbíny, kde se mechanická energie proudící vody přemění na elektřinu. V roce 1973 si Loeb nechal tento vynález patentovat.

Za pomoci speciálních polymerních membrán a působení tlaku pak dochází k opačnému jevu: tzv. reverzní osmóze. Při ní membránou projde čistá voda, zatímco soli a další nežádoucí látky se zachytí. Řidší, sladká voda se tlačí přes membránu do hustšího oceánského prostředí a propojení membrány s turbínou umožní výrobu energie.

Realizace první osmotické elektrárny

Tento princip ovšem zůstal až nedávna nevyužit. Norští a nizozemští vědci totiž začali přemýšlet, jak využít energii velkých řek, které neproudí tak rychle, aby na nich šlo uplatnit klasické vodní elektrárny.

Nejprve ovšem bylo třeba vyřešit základní problém – vyhledat vhodnou membránu, která dostatečně rychle propustí vodu, ale zároveň bude odolná a trvanlivá. Membrány používané v odsolovacích zařízeních se pro osmózu nehodí, voda skrz ně prosakuje příliš pomalu.

Nákres osmotické elektrárny

Zdroj: www.statkraft.com

„Hlavním problémem je energická hustota neboli kolik z jednoho metru čtverečního nebo jednoho kubického metru mohu získat energetického zisku,“ vysvětlil doc. Ing. Emil Dvorský, CSc., z Elektrotechnické fakulty ZČU v Plzni.

Ke změně došlo až koncem 90. let, kdy Thor Thorsen a Torleif Holt z norského výzkumného centra SINTEF v Trondheimu došli k závěru, že vývoj membrán už pokročil natolik, že Loebův patent mohou použít v praxi. Ve spolupráci s energetickou společností Statkraft, zaměřenou právě na obnovitelné zdroje energie, začali pracovat na prototypu zařízení založeného na osmóze. (Informovali jsme vás v prosincové novince Energie budoucnosti možná přijde ze soli.)

Problémem je nedostatečná efektivita

Při prvních pokusech se podařilo dosáhnout pomocí membrány o rozměrech čtverečního metru výkonu pouhých sto miliwattů. Dnešní verze už zvládne tři watty, cílem projektu je pět wattů.

„Když porovnáme energickou hodnotu solárních článků, z jednoho metru čtverečního můžeme rozsvítit stowattovou žárovku, kdežto z osmotických elektráren z jednoho metru čtverečního můžeme získat 3 až 5 W. Abychom tedy získali stejnou efektivitu, potřebujeme daleko větší plochu,“ konstatoval Emil Dvorský.

Příliš vysoké energetické náklady

Ovšem po vyřešení problému s vhodnou membránou zde vystupuje další problém, jehož řešení je prozatím otevřené, a tím je spotřeba výkonu při pumpování vody do nádrží. Tato spotřeba tvoří pětinu z celkového výkonu, proto je dalším hlavním cílem odborníků tuto spotřebu minimalizovat.

„Většina norských řek přitéká přímo z hor, takže se do nádrží dostanou jen díky gravitaci. A pokud elektrárnu postavíme v podzemí nebo na dně řeky, poteče do ní samovolně i mořská voda,“ říká manažer projektu Stein Erik Skilhagen ze společnosti Statkraft. Domnívá se také, že v budoucnu by pak vyráběná elektřina mohla pokrýt deset procent norské elektřiny a poté i 5 % současné spotřeby Evropy.

Výroba elektřiny osmózou je zatím drahá, proto se vědci před spuštěním komerčního provozu chtějí zaměřit na zefektivnění technologie, aby se osmotická elektrárna stala cenově konkurenceschopnou i jiným obnovitelným zdrojům.

V plánu je další výstavba osmotických elektráren

Pokud se prototyp osvědčí, hodlá firma Statkraft v příštích letech postavit větší elektrárnu. Ta by měla vyrábět 160 až 170 GWh, což stačí k zásobování přibližně 15 000 domácností.

Po ověření technologie chce Statkraft s průmyslovým využitím osmotické energie začít v roce 2015. Svou podporu k tomuto projektu vyjádřila i norská princezna Mette-Marit a ministr energetiky Terje Riis-Johansen, kteří ji i slavnostně otevřeli.

Mezi další příznivce tohoto projektu patří ochránci životního prostředí – ti jsou projektem přímo nadšeni. Podle nich je energie z oceánů nevyčerpatelná, spolehlivá a při její výrobě se nevytvářejí žádné skleníkové plyny.

Podobné zařízení produkuje elektřinu také v Portugalsku. Očekává se, že se bude moci vyrábět 2,25 megawattu, což je zásoba elektřiny pro 1 500 domácností. Pokud se nevyskytnou žádné problémy, pak by se produkce mohla zvýšit na 21 megawattů.

Nevýhody získávání energie z osmózy:

Osmotické elektrárny jsou náročné na prostor (technický problém velikosti membrán).
Elektrárny musejí být polohovány na místě, kde se do moře vlévá řeka. Ale dnes již jsou tato místa většinou hustě zastavěna.

Výhody osmotických elektráren:

Elektrárna není závislá na počasí (jako solární nebo větrné elektrárny) – produkuje tedy stabilní energii.
Výroba energie je ekologicky šetrná.
Stavba elektrárny není příliš nákladná.

Další pokusy o získání energie z moře

Osmotické elektrárny nejsou jediným pokusem, jak čerpat ohromnou energii oceánu. O podobném zařízení jste již možná slyšeli v souvislosti se zprávou o potopení zařízení pro výrobu elektrické energie z mořských vln u pobřeží Oregonu.

Jsou to zařízení, která vypadají jako kovoví hadi plovoucí ve vodě. Každé z těchto zařízení se skládá ze čtyř dlouhých sekcí. Jednotlivé sekce se v souladu s vlnami houpají a otáčejí, což je využito k běhu generátorů v energetických modulech.

Zařízení na získávání energie z mořských vln.

Zdroj: Mendo Coast Current

„Je velmi obtížně navrhnout zařízení, které bude zvládat extrémní sílu vln. Některá zařízení pro výrobu energie z mořských vln jsou po celou dobu pod hladinou – ta ale nebyla ještě tak dobře navržena. Pelamis leží na hladině a my teprve uvidíme, jak bude úspěšný. Uvidíme, jak bude pracovat v běhu času a jak zvládne obtížné povětrnostní podmínky,“ vysvětluje Ian Cella, expert v oblasti výroby energie.

Je to dobré řešení do budoucna?

Je jasné, že se v tuto chvíli nedá očekávat, že osmotické elektrárny vyřeší náš palčivý problém se získáváním energie. I zprávy o stavbě prvních elektráren doprovázela upozornění, že cílem je v tuto chvíli hlavně zdokonalit tento proces natolik, aby byly elektrárny skutečně užitečné. Je tedy otázkou, za jak dlouho se to podaří a zda vůbec.

Jak řekl doc. Ing. Emil Dvorský, CSc.: „Ve vědě i negativní zkušenost či výsledek je dobrý výsledek a nedá se do budoucna říct, zda je to dobře, nebo špatně. V každém případě je to posun dopředu a nemělo by se to zanedbávat, protože je to zdroj zcela čistý a nepotřebuje žádné dodatečné energetické náklady.“

Zdroje:

ČTK. Elektřina bude vznikat mísením sladké a slané vody. Hospodářské noviny [on-line] <http://hn.ihned.cz/>
KALIVODOVÁ, Lucie. První na světě. Norsko má proud dík slané a sladké vodě. Akutálně.cz [on-line]. <http://aktualne.centrum.cz/>
Norsko začalo vyrábět elektřinu mícháním mořské a sladké vody. Novinky.cz [on-line] <http://www.novinky.cz/>
WIRNITZER, Jan. Norové začali jako první svítit energií z mixu mořské a řiční vody. iDNES.cz [on-line] <http://zpravy.idnes.cz/>
RAFAELOVÁ, Lenka. Norové testují nový způsob výroby elektrické energie. Český rozhlas [on-line] <http://www.rozhlas.cz/>
VLČKOVÁ , Eva. Elektřinu lze vyrábět i ze slané vody. Lidovky.cz [online] <http://www.lidovky.cz/>

Energie z mořské vody