Saltkraft

28. oktober, 2016

Over 70% av jordas overflate er dekket av vann. Derfor er det naturlig å starte jakten på nye fornybare energikilder akkurat her. Energien i vann blir i dag utnyttet på flere forskjellige måter. Her i Norge er for eksempel vannkraft en veletablert energikilde. Andre land har i lengre tid eksperimentert med både bølgekraft, havvarme (OTEC), havstrømskraft og tidevannskraft. En skulle kanskje tro at energipotensialet i vann for lengst var brukt opp? Det er det ikke. I flere områder av verden renner det ferskvannselver ut i havet. Det viser seg, at når ferskvann kommer i kontakt med saltvann blir det frigjort store mengder energi. Denne energien kan utnyttes i kraftproduksjon. Det finnes flere metoder for å omdanne saltkraft til elektrisk energi, denne teksten tar kort for seg de to mest kjente; trykkretardert osmose og revers elektrodialyse.

Hva er osmose?

Osmose er en prosess hvor væske går fra et område med høy konsentrasjon, til et område med lav konsentrasjon. De ulike væskekonsentrasjonene er adskilt av en halvgjennomtrengelig membran.  Denne membranen (filteret) slipper bare gjennom enkelte molekyler eller partikler. Tips: Tenk på hva som skjer i et kaffefilter. Selve definisjonen av osmose kan minne litt om definisjonen av varme, som er termisk energi som går fra høy- til lav temperatur. Osmose er den naturlige prosessen et saltkraftverk bruker for å omdanne elektrisk energi.

Trykkretardert osmose

Et trykkretardert osmose kraftverk består i hovedsak av to kammer, som er adskilt av en halvgjennomtrengelig membran. Vi finner ferskvann i det ene kammeret, og saltvann i det andre. Som en direkte følge av osmose vil væsken med høyest konsentrasjon (ferskvannet) trekke seg over til kammeret med saltvann. Dette fører til at vannstanden i saltvannskammeret stiger. Endringen av vannstanden blir brukt til å drive en turbin, som omdanner endringen i potensiell energi til elektrisk energi. Prosessen vil foregå helt til de to kamrene har lik konsentrasjon.

 

Animasjonen under forklarer prosessen:


Animasjon: UngEnergi

Revers elektrodialyse

I trykkretardert osmose finner vi en membran som kun slipper gjennom vann, mens i reverselektrodialyse brukes det to typer membraner. Den ene typen slipper kun gjennom positivt ladde ioner, og den andre slipper kun gjennom negativt ladde ioner.

 

Et ion er et elektrisk ladd atom med enten positiv eller negativ ladning. Hvis et elektron hopper over fra et nøytralt atom til et annet, vil begge atomene bli ioner. Det atomet som får tilført et elektron blir negativt ladd, mens det atomet som mister et elektron blir positivt ladd. Vi kaller positivt ladde ioner for kationer, og negativt ladde ioner for anioner.

 

I en revers elektrodialyse har vi en redoksreaksjon på elektrodene. Det vil si at det blir frigjort og mottatt elektroner på hver sin side. Det er denne prosessen som omformer den ioniske strømmen som går gjennom membranene, til en elektrisk strøm som videre går gjennom en ytre krets.

 

Som vi ser på figuren nedenunder, har vi et kammer med sjøvann, et med ferskvann og to kamre med elektrodeløsninger helt ytterst mot hver elektrode. Elektrodeløsningene er en blanding av toverdig og treverdig jernklorid. På enden av figuren ser man en anode (rød) og en katode (blå). Den anionselektive membranen slipper bare gjennom negativt ladde ioner, mens den kationselektive membranen kun slipper gjennom positivt ladde kationer.

 

Kamrene med saltvann og ferskvann har forskjellig konsentrasjon av salt. Ionene i saltvannskammeret, som har høyest saltkonsentrasjon, vil trekke seg ut mot nabokamrene. Membranen nærmest katoden slipper kun gjennom kationer, mens membranen nærmest anoden bare slipper gjennom anioner. Hvilke ioner som slippes gjennom er forhåndsbestemt av egenskapene til membranene. Kammeret nærmest anoden har en tilførsel av anioner, og vil dermed få et overskudd av disse. Dette fører til en oksidasjon fra toverdig jern, til treverdig jern. I en oksidasjon blir det frigjort elektroner, prosessen kan gis ved denne reaksjonslikningen:

 

FeCl2 + Cl → FeCl3 + e

 

Når dette skjer vil ladningen i kammeret nærmest anoden bli elektronøytral, noe som betyr at det er like mange positive ioner som negative ioner tilstede. Det frigjorte elektronet vil gå i en ytre krets fra anoden over til katoden.

 

På katoden vil vi da få en tilførsel av elektroner. Dette kalles for en reduksjon, og er nøyaktige det motsatte av det som skjer på anodesiden:

 

FeCl3 + e →FeCl2 + Cl

 

Denne prosessen vil frigi et klor-ion som vil gå gjennom membranen og inn i ferskvannskammeret. På samme måte som i trykkretardert osmose vil denne prosessen fortsette til saltkonsentrasjonen i vannkamrene er lik.

 



Animasjon: UngEnergi

Hva er en redoksreaksjon?

Ordet redoksreaksjon er sammensatt av ordene reduksjon og oksidasjon. Dette er en prosess som frigir og mottar elektroner, slik vi hadde det i revers elektrodialyse. Reduksjon vil si at stoffet blir tilført elektroner, eller at stoffet tar elektroner fra et annet stoff. Det vil altså få økt negativ ladning.Oksidasjon betyr at elektroner blir tatt vekk fra stoffet. Da vil den positive ladningen til det oksiderte stoffet øke. Når et stoff blir oksidert betyr det at et annet stoff vil bli redusert. Elektrolyse består av redoksreaksjoner. I en elektrolyse vil det skje en reduksjon ved katoden og en oksidasjon ved anoden. En enkel huskeregel for dette er: Oksen Anton er redd katta.

 

Se vår video om redoksreaksjoner!

Film: UngEnergi

Fremtidsplan

Saltkraft er en fornybar og miljøvennlig energikilde som er uavhengig av vær og vind. I følge Statkraft vil saltkraft kunne tilsvare 50 % av dagens kraftproduksjon i EU. I Skandinavia har vi store vannressurser. Dermed er saltkraftverk svært aktuelt. Også Russland, Canada, Afrika og Sør-Amerika har gode ressursgrunnlag for saltkraftverk.

Kilder Nyttige lenker
Bruk som kilde
Denne artikkelen skrevet av UngEnergi er lisensiert under en Creative Commons Navngivelse-Ikkekommersiell-DelPåSammeVilkår 3.0 Norge Lisens.
UngEnergi.no benytter informasjonskapsler for å gjøre brukeropplevelsen bedre Lukk Les mer
Alt inneholder potensiell energi. Det er kreftene i bindingene mellom atomene som skaper denne energien. Energi kan ikke forsvinne, bare endre form. Når et legeme er i bevegelse ser vi at det har energi. Da må det også ha hatt energi før det kom i bevegelse. Det er denne energien vi snakker om når vi sier potensiell energi. Ofte snakker man om et legeme sin potensielle energi i tyngdefeltet, som regnes slik: Ep = mgh Hvor m er masse, g er tyngdens akselerasjon og h er høyden fra et gitt referansepunkt.  
Strøm av ioner. Ioner som flytter på seg i en gitt retning.
Elektroner i bevegelse. Husk at elektronene beveger seg i motsatt retning av den definerte strøm-retningen.
En elektrode kan sees på som en “stav” som fører elektroner (strøm), brukt i forbindelse med elektrolyse. Når du har to elektroder med spenning mellom dem kalles den negative katode og positive anode.
Toverdig jern (Fe2+) er et salt og treverdig jern (Fe3+) er et ferrosalt. Kjemisk er forskjellen på disse at Fe2+ har et elektron mer enn Fe3+. Formelen for toverdig jernklorid er FeCl2 og formelen for treverdig jernklorid er Fe2Cl3
I et batteri som er i bruk er anoden den negative polen. Her skjer det en oksidasjon (det avgis elektroner). Når batteriet lades opp er anoden den positive polen.
I et batteri som er i bruk er katoden den positive polen. Her skjer det en reduksjon (det mottas elektroner). Når batteriet lades opp er katoden den negative polen.
Elektrolyse er en kjemisk metode der vi bruker likestrøm til å framstille grunnstoffer i fri tilstand fra kjemiske forbindelser. Når man lader opp et batteri bruker man elektrolyse. I en brenselcelle går prosessene motsatt vei.