Японія запустила першу в Азії осмотичну електростанцію

У вологий ранок у прибережному місті Фукуока на півдні Японії запрацювала електростанція нового типу. Японія запустила першу в Азії осмотичну електростанцію, яка виробляє електроенергію шляхом змішування прісної води з морською.

«Це значущий план — початок плану, можливо — у нашій відповіді на зміну клімату», — заявив Кендзі Хірокава, директор Центру опріснення морської води, який керує об'єктом.

Електростанція у Фукуоці стала лише другою такого типу у світі після аналогічної установки в Данії, що відкрилася у 2023 році. Японська версія є більшою за розміром і знаменує крок вперед для цього маловикористовуваного, але перспективного джерела відновлюваної енергії.

Станція виробляє близько 880 тисяч кіловат-годин електроенергії на рік — достатньо для забезпечення роботи сусідньої установки з опріснення води та живлення приблизно 220 домівок. Це дорівнює потужності двох футбольних полів сонячних панелей, але осмотична енергія працює цілодобово, у будь-яку погоду.

Осмос — це той самий процес, який допомагає рослинам витягувати воду з ґрунту і дозволяє нашим клітинам залишатися зволоженими. Простіше кажучи, це рух води з областей з низькою концентрацією солі, таких як прісна вода, в області з високою концентрацією солі, як морська вода, через спеціальну мембрану.

Осмотичні електростанції використовують цей пасивний рух для роботи. Прісна вода або очищені стічні води розміщуються з одного боку мембрани. З іншого боку знаходиться морська вода, зроблена ще більш солоною шляхом концентрування залишкового розсолу від процесу опріснення. Різниця в солоності витягує прісну воду через мембрану, збільшуючи тиск на боці морської води. Цей тиск потім використовується для приведення в дію турбіни, що генерує електроенергію.

«Також варто відзначити, що японська установка використовує концентровану морську воду, розсіл, що залишається після видалення прісної води в установці опріснення, як сировину, що збільшує різницю в концентраціях солі і таким чином доступну енергію», — розповіла професор Сандра Кентіш, хімік-інженер з Мельбурнського університету.

Процес є повністю відновлюваним. Він не виробляє вуглекислого газу. А оскільки океани і моря практично безмежні для цього завдання, осмотична енергія є «стабільним джерелом виробництва електроенергії, яке може працювати 24 години на добу, кожен день року», — заявив Хірокава.

Попри те, що це звучить елегантно просто, осмотична енергія виявилася надзвичайно складною для масштабування. «Хоча енергія вивільняється при змішуванні солоної води з прісною, багато енергії втрачається при перекачуванні двох потоків в електростанцію і від втрат на тертя через мембрани. Це означає, що чиста енергія, яку можна отримати, невелика», — пояснила Кентіш.

Проривний момент настав у 2009 році, коли норвезька енергетична компанія Statkraft представила один з перших у світі прототипів осмотичної електростанції. Демонстраційна установка потужністю чотири кіловати показала, що змішування прісної і солоної води дійсно можна використовувати для виробництва електроенергії. Але попри доведення принципу, високі витрати утримували технологію в межах лабораторій і невеликих пілотних проектів.

Виклик полягає в ефективності. Насоси споживають енергію для переміщення води в систему, а мембрани можуть уповільнювати процеси через тертя. Ці перешкоди не є нерозв'язними, але вони тримали осмотичну енергію в тіні інших відновлюваних джерел — вітрової, сонячної та гідроелектричної енергії.

Тим не менш, дослідницькі команди по всьому світу підтримували ідею живою. Окрім Данії та Японії, пілотні проекти з'явилися в Норвегії, Південній Кореї, Іспанії та Катарі. Австралія призупинила роботу своєї прототипної установки в Сіднейському технологічному університеті під час пандемії COVID. Але доктор Алі Алтаї, спеціаліст з водно-енергетичних систем в університеті, сподівається, що її можна буде відновити.

«У нас є солоні озера навколо Нового Південного Уельсу та Сіднея, які можна використовувати як ресурс, і у нас також є експертиза для їх будівництва», — розповів він.

Акіхіко Таніока, почесний професор Токійського інституту науки і піонер у цій галузі, виявив видимі емоції під час запуску. «Я відчуваю себе приголомшеним тим, що ми змогли втілити це в практичне використання. Я сподіваюся, що це пошириться не тільки в Японії, але й по всьому світу», — заявив він.

Сьогодні осмотична енергія становить лише мікроскопічну частку світового виробництва електроенергії. Але якщо технічні виклики можна буде вирішити, дослідники кажуть, що вона зрештою може задовольнити до 15 відсотків світового попиту на енергію до 2050 року. Це зробило б її одним з найбільших невикористаних відновлюваних джерел на Землі.

Те, що надає осмотичній енергії унікальну перевагу, це постійність. Вітер стихає, а хмари можуть закривати сонце. Але річки ніколи не припиняють текти до моря. Скрізь, де прісна вода зустрічається з солоною водою — в естуаріях, дельтах і на узбережжях — є потенціал для енергії.

Установка у Фукуоці скромна за світовими стандартами. Але вона реальна і працює. І вона перша такого типу в Азії. Оскільки потреба в надійній чистій енергії зростає, простий акт змішування прісної і солоної води може відіграти більшу роль у майбутньому енергетичному балансі планети.