Blauwe energie

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Pressure Retarded Osmosis
Kitty Nijmeijer, hoogleraar membraantechnologie aan de Universiteit Twente over het opwekken van energie via osmose in de afsluitdijk

Blauwe energie is energie die afkomstig is uit osmose, dat wil zeggen uit verschillen in zoutconcentratie van twee watermassa's. Door deze watermassa's te scheiden door een membraan kan zowel direct als indirect elektriciteit gewonnen worden. Een dergelijk verschil kan benut worden op plaatsen waar zoet water in zee stroomt.

Ook wordt onderzocht of het zoutgehalte eerst opgevoerd kan worden door het benutten van laagcalorische afvalwarmte voor het direct omzetten van warmte in elektrische energie (thermo electrochemical systems).[1]

Een zoutoplossing bevat energie[bewerken]

Een zoutoplossing bevat energie. Het oplossen van bijvoorbeeld keukenzout (NaCl) is, zoals bij de meeste zouten, een endotherm proces: tijdens het oplossen daalt de temperatuur van het water. Het indampen van zoutwater kost meer energie dan van zoet water. Ook het smelten van ijs door het toevoegen van zout kost energie (de temperatuur van het smeltwater zal zelfs verder dalen). Als men zout en zoet water met dezelfde temperatuur bij elkaar kapt, neemt de temperatuur daardoor iets toe. Blauwe energie is een methode om deze vrijkomende energie (gedeeltelijk) om te zetten in een elektrische stroom. In feite komt blauwe energie in de natuur al voor. Plantencellen bevatten zouten. Bij verdamping neemt de zoutconcentratie toe. De wand van de plantencel is een membraan zodat door het proces van osmose water van uit de bodem naar boven wordt getransporteerd.

Geschiedenis[bewerken]

Eerste ideeën om deze energie te benutten, stammen uit de jaren zeventig. Ontwikkelingsprojecten ontstonden in de jaren negentig en sinds 2009 is er in Noorwegen aan de Oslofjord bij Tofte een kleine proefcentrale van 10 kW. De beheerder, de Noorse energieproducent Statkraft heeft deze proef op basis van Pressure Retarded Osmosis in 2014 beëindigd.[2] Op de Afsluitdijk draait sinds 2015 een proefinstallatie van 50 kW op basis van Reversed Electro Dialyses (omgekeerde elektrodialyse).

Methodes[bewerken]

Er bestaan twee methodes om energie op te wekken uit het mengen van zout en zoet water.

De eerste techniek, Pressure Retarded Osmosis (PRO) is gebaseerd op osmose. Wanneer zoet en zout water van elkaar gescheiden zijn door een membraan dat wel water, maar geen opgeloste stoffen zoals zout doorlaat, stroomt zoet water door het membraan naar de zoute kant. Daar wordt zodoende een druk opgebouwd die benut kan worden als energiebron. De druk loopt, bij 10 °C en 3,5% zoutconcentratieverschil, theoretisch op tot 28 bar. Door de optredende verdunning is de feitelijke druk lager. Met de ontstane druk kan een turbine worden aangedreven en elektriciteit worden opgewekt. Als afvalproduct ontstaat brak water, dus niets anders dan wat zou zijn ontstaan als het water ongehinderd de zee had bereikt. Problemen zijn nog de beperkte opbrengst aan W/m², prijs en de sterkte van de membranen.

Een tweede methode maakt gebruik van omgekeerde elektrodialyse, (Engels: Reverse Electro Dialysis, RED). Stromend zout en zoet water worden hierbij omgeven door ion-selectieve membranen waardoor op deze membranen een miniem spanningsverschil ontstaat. Door deze in serie te schakelen ontstaat een bruikbaar spanningsverschil en wordt dus direct elektriciteit opgewekt. Probleem van de membranen is nog een te klein vermogen per m². Dat is nu 1,3 W/m². Voor een commerciële toepassing moet dat 2 of 3 W/m² worden. Andere problemen zijn de prijs van de membranen en het optreden van vervuiling van de membranen die immers uiterst fijne filters zijn. In zowel zoet rivierwater als in zeewater bevinden zich restanten van algen en zand- en kleideeltjes. De huidige proefinstallatie op de Afsluitdijk bestaat uit 400 m² membranen met een debiet van 220.000 liter zoet en 220.000 liter zout water en kan 50 kW leveren.[3]

Een derde methode maakt gebruik van ammoniak (NH3) in een brandstofcel met ion-selectieve membranen (ook in onderzoekfase). Door laagcalorische afvalwarmte wordt hierbij het benodigde concentratieverschil hersteld en dus restwarmte uit bijvoorbeeld de industrie benut (TRAB Thermically Regenerate Ammonia Flow Battery).[4]

Mogelijkheden voor de energievoorziening in Nederland[bewerken]

Er stroomt gemiddeld meer dan 3300 m³ zoet water per seconde in zee. Het energiepotentiaal is daarmee 3,3 GW, bij een theoretisch rendement van 100%, dat gebaseerd is op een energie-inhoud van 1 MJ per m³ zoet water.

Besparing voor gemalen[bewerken]

In Nederland zijn er veel gemalen die zoet water uit laagliggend land in zee pompen. In plaats van met een normale pomp zouden deze met osmotische druk kunnen werken.

Volgens het blad "De Ingenieur" van 5 april 2006 verbruikt het gemaal bij IJmuiden momenteel 10 MW aan pompvermogen. Als osmosegemaal met RED-techniek, "osmaal", zou het 80 MW elektrisch vermogen kunnen leveren. De kosten van het benodigde membraanoppervlak, 20 km², zijn in 2006 nog te hoog, maar men verwacht dat de prijs van windenergie bereikt zou kunnen worden.

Voorbeelden van testinstallaties[bewerken]

RED-proefinstallatie afsluitdijk
  • 2005 – Een 50-kW-installatie draait in de kustplaats Harlingen. De nadruk ligt op de preventie van de biovervuiling van de anode, kathode en de membranen, en het verhogen van de membraanprestaties.
  • 2009 – Op 24 november 2009 wordt in Hurum, Noorwegen een PRO-installatie in gebruik genomen. Het is gebouwd door het Noorse Statkraft. Begin 2014 maakte Statkraft bekend te stoppen met dit experiment.[5]
  • 2014 – Op 26 november 2014 werd een RED-proefinstallatie in gebruik genomen op de Afsluitdijk. Deze heeft een vermogen van 50 kW. In 2016 moet dit verhoogd worden naar 500 kW.[6][7]

Publicaties[bewerken]

  • Loeb S., Norman R. S. (1975). Osmotic Power Plants. Science 189: 654-655 . DOI: 10.1126/science.189.4203.654.
  • Loeb S. (1998). Energy Production at the Dead Sea by Pressure-Retarded Osmosis: Challenge or Chimera?. Desalination 120: 247-262 . DOI: 10.1016/S0011-9164(98)00222-7.
  • Norman R. S. (1974). Water Salination: A Source of Energy. Science 186, 350-352 . DOI: 10.1126/science.186.4161.350.
  • Cath T. Y., Childress A. E., Elimelech M. (2006). Forward osmosis: Principles, applications, and recent developments (Review). Journal of Membrane Science 281: 70-87 .
  • Loeb S. (1988). Comments on the suitability of reverse osmosis membranes for energy recover by submarine osmotic power plants Desalination (Review). Journal of Membrane Science 68: 75-76 . DOI: 10.1016/0011-9164(88)80044-4.
  • Loeb S. (2002). Large-scale power production by pressure-retarded osmosis, using river water and sea water passing through spiral modules desalination (Review). Journal of Membrane Science 143: 115-122 . DOI: 10.1016/S0011-9164(02)00233-3.

Zie ook[bewerken]

Externe links[bewerken]