Osmosekraftwerk. Inhaltsverzeichnis I.ARD Beitrag zum Osmosekraftwerk II. Die Osmose III. Das...

Osmosekraftwerk

Inhaltsverzeichnis

I. ARD Beitrag zum Osmosekraftwerk

II. Die Osmose

III. Das Osmosekraftwerk

- Aufbau und Funktionsweise

- Wirtschaftlichkeit, Entwicklungsstand, Effizienz und Umweltverträglichkeit

ARD Beitrag

Osmose- Diffusion -

Durch die willkürliche Molekularbewegung sind Moleküle und damit auch die Ionen in ständiger Bewegung.

Teilchen vermischen sich, bis ein Gleichgewicht besteht, bzw. eine gleichmäßige Konzentration.

Diffusion ist ein langsamer aber fortlaufender Prozess.

-Diffusion-Modellversuch

Linke Seite (rot) = Zuckerlösung Rechte Seite (blau) = Wasser Membran lässt Wassermoleküle

und Zuckerteilchen durch.

- Osmose -

Osmose = „Diffusion mit Hindernissen“

Eine semipermeable

(halbdurchlässige) Membran

stellt das Hindernis dar.

Es entsteht ein osmotischer Druck.

Prozess kommt zum Stillstand, wenn osmotisches

Gleichgewicht herrscht (p hydrostatisch = p osmotisch).

- Osmose -Versuch

Benötigte Materialen:

- 1 Osmometer

- Becherglas

- Spritzflasche mit Wasser

- 20g Haushaltszucker

- Petrischale

- Filzstift

- Lückentext zur Osmose -Die Osmose basiert auf dem Effekt der ------- 1 -------, bei dem

sich durch eine ständige und willkürliche Bewegung der Moleküle und gleichzeitige Übertragung dieser Bewegungsenergie auf die gelösten ------- 2 -------, eine Durchmischung einstellt. Diese Durchmischung ist fortlaufend, wobei sich das Konzentrationsgefälle in ein gleichmäßiges ------- 3 ------- wandelt.

Bei der Osmose ist lediglich ein Hindernis in Form einer -------- 4 -------- / halbdurchlässigen Membran in diesen Prozess eingebunden. Durch diese Membran gelangen nur bestimmte Teilchen, die eine ------- 5 ------- Größe nicht überschreiten. Somit entsteht auf einer Seite von der Membran ein ------- 6 ------- Druck, sofern ein Konzentrations-

unterschied der gelösten Teilchen zwischen beiden Seiten besteht.

AuflösungDie Osmose basiert auf dem Effekt der Diffusion, bei dem

sich durch eine ständige und willkürliche Bewegung der Moleküle und gleichzeitige Übertragung dieser Bewegungsenergie auf die gelösten Ionen / Teilchen, eine Durchmischung einstellt. Diese Durchmischung ist fortlaufend, wobei sich das Konzentrationsgefälle in ein gleichmäßiges Konzentrationsverhältnis wandelt.

Bei der Osmose ist lediglich ein Hindernis in Form einer semipermeablen / halbdurchlässigen Membran in diesen Prozess eingebunden. Durch diese Membran gelangen nur bestimmte Teilchen, die eine definierte Größe nicht überschreiten. Somit entsteht auf einer Seite von der Membran ein osmotischer Druck, sofern ein Konzentrations-unterschied der gelösten Teilchen zwischen beiden Seiten besteht.

Das Osmosekraftwerk- Aufbau -

Die Wasseraufbereitung

Salz- und Süßwasser werden

durch Filtration von groben

Partikeln befreit. Dies geschieht, damit die

empfindliche Membran nicht

zugesetzt oder gar zersört wird.

Der Druckaustauscher

Druck des Brackwasserablaufes wird für Salzwasserzulauf genutzt.

Dies geschieht ohne Energieumwandlung unter Erhaltung des hydraulischen Drucks.

Die MembranAufbau

Membranschicht: Für Salzionen undurchlässig Stützschicht: Druckstütze für Membran

Die MembranMaterialien

Cellulose Acetat (CA) Dünnfilm Composite (TFC)

Die MembranEffizienz

Erforderliche Membraneigenschaften: Durchlässig für Wasser Undurchlässig für Salze Kostengünstig Dünn (Minimierung der inneren Reibung) Langlebig(Resistent gegen Faulen) Hohe Druckbeständigkeit

- Funktionsweise -

- Berechnung des osmotischen Drucks -

Temperatur T = 293,15K

Gaskonstante R = 8,314J

mol K

SalzgehaltderOstsee= 35gL

SalzgehalteinesmündendenFlusses= 1gL

Druck

= c⋅R⋅T

Rechnung :

Molare Masse M mit Einheitgmol

ist gleich der Atommasse u.

Atommasse :Na = 22,99uCl = 35,453u

,daher ist die Molare Masse M

von NaCl = 58,42gmol

.

c= nM ⋅V

Ostsee : c1 = 35g

58,42gmol

⋅1L= 0,599

molL

Fluss : c2 =1g

58,42gmol

⋅1L= 0,017

molL

c = c1 − c2 = 0,582molL

= c⋅R⋅T

= 0,582molL

⋅8,314J

mol K⋅293,15K

= 1418,48kPa 100kPa = 1bar 14,18ba

Gegeben :

Gesucht :

- Der Prototyp -

66 Membranröhren mit 2000m² Membranfläche

2-4 kW Gesamtleistung.

Baukosten von ca. 13mio. Euro

- Der Energielieferant -

Durch Sonnenstrahlung verdunstet Meerwasser.

Über Wolkenbildung und Niederschlag gelangt dieses Wasser durch Flüsse zurück ins Meer.

An den Flussmündungen kann nun ein Teil der von der Sonne gelieferten Energie durch Osmosekraftwerke in elektrische Energie umgewandelt werden.

Fazit: Global gesehen ist die Sonne somit der eigentliche Energielieferant.

- Übersicht über Effizienzeinflüsse -

Osmotischer Druck (Stoffmengenkonzentrationsunterschiede)

Energieverlust durch innere Reibung im Rohrsystem Membranleistung und Kosten Lage des Kraftwerkes Energieeinsatz für Pumpen, Filteranlagen Druckerzeugung für Effizienzsteigerung

(Druckumwandler)

- Einsetzbarkeit -

Standortbeispiel

Höhere Leistungen

bei Gewässern mit

hohem Salzgehalt. Beispiele: Totes

Meer, Mittelmeer,

Großer Salzsee(Utah)

- Energiemarkt im Vergleich -

- Vor- und Nachteile -

Vorteile:

- Erneuerbare und umweltfreundliche Energie

- Überall dort einsatzfähig, wo Süßwasser auf Salzwasser trifft

- Wetterunabhängig, 24/7 Stromerzeugung Nachteile:

- Aufwendige Entwicklung

- Mit heutigem Entwicklungsstand kostenintensiv

- Mögliche Zerstörung von Mikrokulturen

- Hoher Platzbedarf

- Wirkungsgrad: 25-30%

- Geschichte / Entwicklung - 70er Jahre: Membran für die Entsalzung von Meerwasser wird

entwickelt und dabei die Möglichkeit entdeckt, Osmosekraft energietechnisch nutzbar

machen zu können.

80er Jahre: Zwei Norweger erforschen die theoretischen Möglichkeiten zur Erzeugung von Osmosekraft.

1997: Zwei norwegische Firmen rufen ein Forschungssprojekt ins Leben.

2001: EU– Gelder für die Osmosekraftforschung

2003: Statkraft meldet Patent für Osmosekraftmembran an und errichtet Testanlage.

2008: Prototypenbau in Tofte bei Oslo

November 2009: Prototyp nimmt Betrieb auf

- Zukunftsaussichten -

Ein Kraftwerk von der Größe eines Fußballstadions könnte mit einer Leistung von 25 Megawatt 30.000 Haushalte versorgen.

An der Elbe wäre ein Osmosekraft schwer vorstellbar, da durch die Tiede eine weitläufige Brackwasserzone besteht.

Weltweites Potenzial von 1600 bis 1700 tWh.

- Lückentext zum Osmosekraftwerk -Das Osmosekraftwerk nutzt die Kraft des osmotischen

Drucks, welcher sich durch unterschiedliche Salz- konzentrationen zweier ------- 1 ------- ergibt. Diese Lösungen stellen ein Süßwasservorkommen (Fluss) und ein Salzwasservorkommen (------- 2 -------) dar.

Je größer der Konzentrationsunterschied der beiden Lösungen ist, desto größer ist der Druck und somit auch die ---------- 3 ---------. Als Standorte eignen sich daher nur Orte an denen Süßwasser auf Salzwasser trifft, zum Beispiel ------- 4 -------.

Als Effizienzeinflüsse gelten zum Beispiel die semipermeable ------ 5 ------, der Konzentrationsunterschied der aufeinander treffenden Lösungen und die Lage des Osmosekraftwerkes bzw. die Entfernung zur Salz- und Süßwasserquelle.

Auflösung

Das Osmosekraftwerk nutzt die Kraft des osmotischen Drucks, welcher sich durch unterschiedliche Salz- konzentrationen zweier Lösungen ergibt. Diese Lösungen stellen ein Süßwasservorkommen (Fluss) und ein Salzwasservorkommen (Meer) dar.

Je größer der Konzentrationsunterschied der beiden Lösungen ist, desto größer ist der Druck und somit auch die Energieausbeute. Als Standorte eignen sich daher nur Orte an denen Süßwasser auf Salzwasser trifft, zum Beispiel Flussmündungen.

Als Effizienzeinflüsse gelten zum Beispiel die semipermeable Membran, der Konzentrationsunterschied der aufeinander treffenden Lösungen und die Lage des Osmosekraftwerkes bzw. die Entfernung zur Salz- und Süßwasserquelle.

Quellenverzeichnis

Diffusion / Osmose:

http://www.u-helmich.de/bio/cyt/reihe02/Diffusion2.pdfhttp://www.medizinfo.de/arzneimittel/resorption/diffusion.shtmlhttp://www.mallig.eduvinet.de/bio/11diffus/diffus14.htmlhttp://www.mallig.eduvinet.de/bio/11osmose/osmo11.html

Osmosekraftwerk:

http://www.g-o.de/dossier-483-1.html / -483-4.html / -483-5.html / -483-6.html / -483-7.html / -483-8.html / -483-9.htmlhttp://www.ardmediathek.de/ard/servlet/content/3517136?documentId=4232032http://www.statkraft.com/energy-sources/osmotic-power/http://www.statkraft.com/Images/Osmotic%2009%20ENG_tcm9-4591.pdfhttp://www.statkraft.com/Images/Waterpower_XVI_-_Power_production_based_on_osmotic_pressure_tcm9-5100.pdfhttp://www.statkraft.com/Images/HYDRO%202009%20-%20Unleashing%20renewable%20energies%20from%20the%20ocean_tcm9-5099.pdfhttp://de.wikipedia.org/wiki/Druckaustauscherhttp://de.wikipedia.org/wiki/Stoffmengenkonzentrationhttp://de.wikipedia.org/wiki/Universelle_Gaskonstantehttp://www.gkss.de/public_relations/answers/osmose/index.html.dehttp://www.mp.haw-hamburg.de/pers/Watter/ErneuerbareEnergie-Dateien/Osmosekraftwerke.pdfhttp://www.buch-der-synergie.de/c_neu_html/c_06_11_wasser_salintaetsgradient_hydrosphaere.htmlhttp://www.flickr.com/photos/44290727@N07/sets/72157622731791006/http://www.wendenenergie.de/Bilder/b_effizienz.jpghttp://maps.google.com/maps/ms?ie=UTF8&oe=UTF8&msa=0&msid=110988255057957786351.000458defae6b7147f5c9http://books.google.de/books?id=RjFLer1U7cAC&printsec=frontcover&dq=nachhaltige+energiesysteme+

+holger+watter&cd=1#v=onepage&q&f=false