Skaper neste generasjons saltkraftverk

Ny membranteknologi og langtidsforsøk skal bringe den fornybare energikilden saltkraft ett hakk nærmere realisering.

Publisert
Når vann fra havet møter ferskvann, oppstår et osmotisk trykk som utnyttes i saltkraftverk. Nå jakter forskere på den optimale membranen; nøkklelen til både effektivitet og bestandiget for framtidas saltkraftverk. (Illustrasjonsfoto: Morguefile)
Når vann fra havet møter ferskvann, oppstår et osmotisk trykk som utnyttes i saltkraftverk. Nå jakter forskere på den optimale membranen; nøkklelen til både effektivitet og bestandiget for framtidas saltkraftverk. (Illustrasjonsfoto: Morguefile)

Fullstendig fornybar energikilde

Prinsippet for saltkraftteknologi er basert på utvinning av blandingsentropi fra fortynning av saltvann (sjøen) med ferskvann (f.eks. elver).

I trykkretardert osmose er sjøvann og ferskvann skilt med en semipermeabel membran som slipper igjennom vann, men holder tilbake saltioner.

Som følge av forskjellig osmotisk trykk på hver side av membranen vil vann transporteres fra ferskvannsiden til saltvannsiden av membranen.

Vanntransporten skjer mot en trykkgradient og netto volumøkning ved høyere trykk på saltvannssiden kan brukes til å drive en turbin.

Saltkraft er en fornybar energikilde som ikke gir utslipp til luft, og med beskjedne utslipp til sjø. Det globale energipotensialet til saltkraft er estimert til rundt 1650 TWh, noe som tilsvarer cirka 12 ganger Norges årlige kraftproduksjon.

– Dessuten er kraftkilden forutsigbar, sammenlignet med både vind-, bølge-, tidevann- og solkraft, forteller Edvard Sivertsen ved Byggforsk.

Nå skal han og hans kolleger samarbeide med Statkraft og flere membranprodusenter om å teste og optimalisere membranene, som er kjernen i teknologien. Et saltkraftverk utnytter nemlig at energi frigjøres når ferskvann og saltvann blandes, den såkalte blandingsenergien.

For å nyttiggjøre seg denne energien må man ha hjelp av en halvgjennomtrengelig membran i kraftverket.

– Litt forenklet kan vi forklare det slik, sier Sivertsen og forklarer:

– Når ferskvann og saltvann blandes frigjøres energi. For at man skal kunne nyttiggjøre seg energien som oppstår, må saltvannet og ferskvannet møtes på hver side av en membran og trykket på sjøvannsiden må være høyere.

– Ferskvannet vil da presse seg gjennom membranenen til sjøvannsiden, og vi vil få en økning av mengden vann under trykk. Og vann under trykk kan produsere energi i en turbin.

Utfordringen er å få membranen til å slippe igjennom vann, men stenge for saltet. En god membran skal ha “motstridende” egenskaper.

I tillegg er utfordringene å skape en membran som både er effektiv nok  og bestandig nok til å tåle drift over tid.

Det er ingen enkel oppgave: Et saltkraftverk som skal tilsvare et middels vannkraftverk vil trenge membraner som er flere ganger større enn de største  avsaltingsanleggene som er bygget til nå.

Kompakt løsning

– Med den energieffektiviteten som forventes av membranen, vil en trenge hele fem millioner kvadratmeter membran for å drive et saltkraftanlegg med 25 MW produksjonskapasitet, sier Sivertsen.

Dette løses med at membranene pakkes i spesielle moduler, hvor hver modul kan inneholde opp til 1000 kvadratmeter membranareal per kubikkmeter modul.

Det gjør det mulig å bygge anlegg som blir kompakte og arealeffektive.

Jakter på egenskapene

Edvard Sivertsen. (Foto: Sintef)
Edvard Sivertsen. (Foto: Sintef)

– Det vi jobber med er membrankarakterisering. Det betyr at vi undersøker de ulike membranenes tekniske yteevne, sier forskeren.

Membranene er om lag en ti-dels millimeter tykk, og består i hovedsak av to lag: Det ene laget har separasjonsegenskapene som gjør at vannet slipper igjennom – men at saltet ikke gjør det. Det andre laget fungerer som støttestruktur for separasjonssjiktet.

– Forskningsarbeidet ved Sintef har vist at egenskapene til støttestrukturen i membranen har større innvirkning på effektiviteten til membranen enn først antatt. Vi har et laboratorium som er bygget opp med tanke på testing av membraner.

– Vi har også utviklet modellverktøy som beskriver hvordan vann og salt transporteres gjennom membranen. Til sammen gir eksperimentelle tester og modellering av resultatene verdifulle svar på hvilke egenskaper de ulike delene av membranen har, sier Sivertsen.

Men det er ikke bare membranen som har innvirkning på energiutvinningen fra et saltkraftverk: Blant annet kan det organiske materialet som finnes i vannet som skal drive saltkraftverket også bety trøbbel:

– Vann fra elver og innsjøer inneholder både oppløst stoff og partikler som kan føre til begroing, såkalt fouling, på membranen. En av hovedaktivitetene i dette prosjektet blir å gjennomføre forsøk både i felt, og under kontrollerte betingelser i laboratoriet.

– Det skal gi oss svar på hvilken innvirkning slik forurensing har på effekten til membranen over tid, forklarer prosjektlederen.