domingo, 3 de diciembre de 2017

Energía de gradiente salino


La energia del gradiente salino es completamente renovable y sostenible. Es la que posee la concentración de energía más alta (densidad de energía) de todas las fuentes de energía renovables marinas, un recurso de energía ultradensa. En la década de 1970, se reconoció que el poder de salinidad o "la energía representada por el gradiente de concentración de salinidad entre el agua dulce y el agua de mar" podría ser un recurso atractivo, grande y sin explorar.

En principio, no hay costo de combustible. El gradiente salino no produce emisiones de CO2 ni otros componentes significativos que puedan interferir con el clima mundial. La extracción ineficiente sería aceptable siempre que haya un retorno de la inversión adecuado. (Básicamente, es limpio, verde y las sales no se consumen en el proceso).

Dependiendo de la tecnología elegida, los sistemas podrían ser no periódicos, a diferencia de la energía del viento o de las olas. Los sistemas pueden diseñarse para plantas de gran o pequeña escala y pueden ser de diseño modular.

El recurso

La diferencia de presión osmótica entre el agua dulce y el agua de mar es equivalente a 240 m de altura hidráulica. En teoría, una corriente que fluye a 1 m3/s podría producir 1 MW de electricidad. El recurso mundial de salinidad de agua dulce a mar se estima en 2.6 TW (comparable al gradiente térmico oceánico (estimado en 2.7 TW )).

Los lagos interiores altamente salinos (hipersalinas) tienen un potencial aún mayor. Por ejemplo, el diferencial de presión osmótica del Mar Muerto corresponde a una altura de 5.000 m (casi veinte veces mayor que el agua de mar).

TECNOLOGÍAS

Como afirman Seymour y Lowrey, "se ha dirigido una atención limitada al poder de la salinidad porque es tan fácil pasar por alto; no hay un cambio drástico en la temperatura en la desembocadura de un río, y un estuario parece mucho más tranquilo que una cascada de 240 m ".

Varios conceptos fueron propuestos hace más de veinte años. Como otros han notado, al menos en teoría, cualquier estrategia para desalinizar agua de mar podría revertirse para producir energía.

Osmosis retardada por presión:

Sidney Loeb fue el primero en reconocer la Osmosis Retardada a Presión (PRO) como fuente de energía. En PRO, el agua de mar se bombea a una cámara de presión donde la presión es menor que la diferencia de presión osmótica entre agua dulce (o agua de baja salinidad) y agua de mar (o agua de mayor salinidad). El agua dulce fluye a través de una membrana semipermeable y aumenta el volumen (o presión) dentro de la cámara; se hace girar una turbina a medida que se compensa la presión.

En 1975, después de concluir que el costo por kW era prohibitivo para un sistema de agua dulce - agua de mar, Loeb consideró cuerpos de agua mucho más salados, como el Mar Muerto. Los detalles posteriores revelaron problemas con las salmueras del Mar Muerto que oxidaban las membranas semipermeables convencionales disponibles.

Se ha realizado a posteriori un trabajo teórico adicional sobre las mejoras en las eficiencias mecánicas de los subsistemas y la optimización de la generación de energía PRO.

PRO ha sido sugerido como un esquema de producción de energía para el Mar Muerto. Con una caída de 400 m y tasas de evaporación de 3 millones de m3/d, el suministro de agua de mar podría producir agua potable por RO antes de descender a través de una planta PRO cerca del Mar Muerto. Los costos de energía se estiman en 0.058 $/kWh.

Una importante empresa noruega, Statkraft, abrió el primer laboratorio dedicado a la energía salina en 2003. Desde 1997, se han centrado en la ósmosis retardada y la electrodiálisis inversa. Han calculado que en Noruega estarían disponibles hasta 25 TWh/año. Han comenzado las pruebas de campo de un sistema de membrana simple. El desarrollo de membranas de alto rendimiento es el enfoque de un proyecto de investigación cooperativa con la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU). El potencial teórico fue verificado por la Fundación para la Investigación Científica e Industrial (SINTEF).

Compresión de vapor:

Primero propuesto por Olsson, la técnica explota las diferencias en la presión de vapor del agua y el agua de mar para obtener energía del gradiente de salinidad. El agua dulce se evapora bajo vacío y se condensa en agua de mar. El flujo de vapor resultante impulsa una turbina. Las condiciones de la turbina son análogas al ciclo abierto OTEC. La tecnología se ha visto obstaculizada por cuestiones estratégicas y operativas relacionadas con el consumo de agua dulce, un recurso sumamente valioso en algunas partes del mundo.

Varios desarrollos prometedores en la destilación por compresión de vapor para su uso en la desalinización son adecuados para la transferencia de tecnología para abordar los desafíos en el enfoque de compresión de vapor para la conversión de energía del gradiente de salinidad. El atractivo de utilizar diferencias de presión de vapor es que elimina la necesidad de membranas y todos los problemas asociados con las mismas incluyendo degradación de la membrana, suciedad, etc.

Electrodiálisis inversa (diálisis inversa):

Weinstein y Leitz propusieron la creación de una batería de sal de la siguiente manera: Una serie de membranas alternas de intercambio de aniones y cationes se puede utilizar para generar energía eléctrica a partir de la energía libre del agua del río y del mar.

Una instalación ha operado en Vladivostok durante al menos tres años produciendo hasta 4 V (0.15 kWh/m3 de agua dulce). Teóricamente, el sistema podria acercarse a 0.7 kWh/m3.

Generador hidrocrático:

Una tecnología patentada, conocida como Hydrocratic Generator captura la energía libre de la mezcla entre dos cuerpos de agua con diferentes concentraciones de salinidad. La tecnología no requiere el uso de ningún tipo de membrana y puede utilizarse para recuperar energía de una amplia variedad de entornos.

Se introduce agua dulce en el fondo del tubo vertical. El agua fresca o baja en salinidad se conduce a través de un tubo desde un depósito en la costa. El agua de baja salinidad que está en contacto directo con el agua de alta salinidad ingresa a un segundo tubo encerrado para formar una mezcla. El segundo tubo, conocido como el "tubo vertical", es un cilindro en el que el fluido está en comunicación con la fuente de agua de salinidad relativamente alta a través de una o más aberturas. Al entrar en contacto con el agua de mayor salinidad se produce el arrastre y el afloramiento de la mezcla dentro del tubo vertical.

El sistema genera energía usando un proceso que explota eficientemente el potencial de energía osmótica entre dos cuerpos de agua con diferentes salinidades. El proceso supera limitaciones pasadas, como costosas membranas permeables o bioelastómeros especialmente formulados.

Un conjunto de pruebas en sistemas a pequeña escala en piscinas de 50.000 litros y en condiciones naturales de agua de mar en un puerto han validado el concepto.

DESARROLLO Y FUTURO

Las tecnologías de membrana han avanzado, pero hasta la fecha, siguen siendo la barrera técnica para la producción de energía económica- Deficiencias adicionales en este momento incluyen lo siguiente:

• Altos costos de capital para la instalación de la planta,

• Equipo aún no desarrollado al nivel de eficiencia deseable,

• Los costos de energía para la mayoría de las tecnologías son bastante sensible a la membrana de eficiencia y membrana costos, y

• En los sistemas de membrana, las membranas son vulnerables a las incrustaciones.

Se están realizando esfuerzos para abordar esos problemas y, alternativamente, desarrollar diseños que eliminen la membrana. Otras barreras comerciales incluyen la competencia arraigada de las empresas hidroeléctricas, la distorsión de las políticas gubernamentales que favorecen las tecnologías de combustible fósil a través de incentivos fiscales o políticas de gasto, y precios de mercado que no reflejan el beneficio público de la energía renovable (es decir, reducción de la contaminación del aire).

El recurso existe y será explotado en el curso del desarrollo de sistemas de energía alternativa que sean sostenibles.

2 comentarios:

  1. la energia del viento no es periodica,saludos

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    1. La energía del viento es periódica porque en la mayoría del mundo no siempre hay viento lo suficientemente fuerte.

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