blue energy, blauwe energie, osmose-centrale, centrale voor omgekeerde elektrodialyse, blauwe-energie-centrale, salinity gradient power (SGP)
Blue energy
(blauwe enegrie)
is de energie (elektriciteit) die opgewekt wordt door het verschil in zoutconcentratie tussen
zeewater en zoetwater. Het gaat hier om het keukenzout (NaCl)
in zeewater.
Blauwe energie is een vorm van groene
stroom.
Er zijn twee technieken:
- Osmose (Pressure Retarded Osmosis PRO)
Deze techniek gebruikt een "tank" met aan een kant zeewater
en aan de andere kant zoetwater, gescheiden door een
membraan dat alleen
water door kan laten, geen zout. Door osmose heeft het water de
neiging om overal dezelfde zoutconcentratie te verkrijgen waardoor er
zoet water door het membraan naar het zeewater stroomt. Met
het hoogteverschil en dus drukverschil dat zo ontstaat, wordt m.b.v. een turbine
elektrische energie opgewekt. Pressure Retarded Osmosis (PRO) wekt energie
op door het drukverschil tussen zoet en zout water. Het
drukverschil kan momenteel ca. 25 bar zijn.
De osmose-techniek wordt toegepast waar zoet en zout water elkaar ontmoeten (bij
zee meestal).
- "Omgekeerde osmose" (Reverse ElectroDialysis RED,
soms: Reversed Osmosis RO, Electro-Dialysis Reversal EDR)
Deze techniek gebruikt
ook een membraan maar dit membraan laat alleen positief of alleen negatief geladen deeltjes
door. Hier passeren dus juist de zoutionen het membraan. Deze techniek lijkt veel efficiënter en zou in de
toekomst commercieel toepasbaar moeten zijn. Aan de kant waar de negatieve ionen het zoute water verlaten en in
zoet water komen ontstaat een negatieve potentiaal, terwijl aan de kant waar de positieve ionen het zoute water verlaten en in het zoete water
komen een positieve potentiaal ontstaat. Het
potentiaalverschil dat wordt veroorzaakt kan direct gebruikt
worden voor energieopwekking (elektriciteit). De figuur onder toont het
principe. Een installatie zal bestaan uit
een opeenstapeling van modules, zo groot als een zeecontainer
met elk een vermogen van 250 kW (zo wordt verwacht). De
negatieve deeltjes worden doorgelaten door het Anion Exchange Membrane (AEM) en
de positieve door het Cation Exchange Membrane (CEM).
blauwe energie met membranen die uitsluitend positieve of negatieve ionen doorlaten (kema, onderdeel van cesi): |
Aspecten van blue energy (PRO en RED)
- Overal waar rivieren in zee stromen of meren aan zee grenzen,
bijvoorbeeld bij de Afsluitdijk, is blauwe energie mogelijk. Er is immers een enorme beschikbaarheid van zoet en zout
water, dus potentieel is blauwe energie op veel locaties mogelijk. Bij
de Afsluitdijk is een pilot geweest (2014), maar daarna werd het helaas stil.
- Het afvalproduct is brak water dat naar het zeewater wordt geleid. De vorm van
energieopwekking levert daardoor geen echte verontreiniging.
- Blauwe energie is helaas nog steeds in het proefstadium. Vooral de kosten en
de duurzaamheid van de membranen zijn bepalend voor het slagen van deze vorm van energieopwekking. Verder
lijkt het moeilijk een pilotproject op te schalen, maar dat ook door desintersse
zijn van de opdrachtgevers (meestal de overheid).
(a) De
kosten van de membranen nemen wel wat af, maar maken blauwe energie nog niet
economisch aantrekkelijk.
(b) De membranen slibben dicht door allerlei
organismen in zowel het zoete als het zoute water (algen, wieren, sedimenten e.d.).
Wellicht kan af en toe een stoot met perslucht de membranen vrij houden van
aanslibsel, of kan het wisselen van de zoet- en zoutwaterstromen in de bakken
voor het "ontslibben" zorgen, of kan een korte elektrische puls de
organismen laten loslaten van het membraan (het niet-levende slib waarschijnlijk
niet).
(c) Naast keukenzout komen andere zouten in zeewater voor, bijvoorbeeld
magnesiumsulfaat dat de ionenscheiding van natrium en chloride verstoort. Dat
probleem moet ook nog opgelost worden.
(d) Blue energy levert niet zo veel energie op. Natuurlijk is het potentieel
zeer groot, maar dat geldt van elke energiebron, zowel groen
als grijs.
- Op een vergelijkbare manier kan bij een overschot aan elektriciteit (van
windmolens en zonnepanelen) met behulp
van bijvoorbeeld polymeermembranen (PEM) zoet water worden omgezet in waterstof.
- Ook de energie van een waterkrachtcentrale
of een spaarbekkencentrale
zou met de term blue energy
aangeduid kunnen worden, maar de term heeft uitsluitend betrekking op
de via osmose of omgekeerde osmose opgewekte energie.
- De capacitieve omgekeerde dialyse (capacitive reverse electrodialysis CRED) verkeert
blijkbaar ook nog in het proefstadium (2014, 2020). "Bij
CRED worden capacitieve, poreuze elektroden toegepast waardoor
geen chemische reacties plaatsvinden en het rondpompen van
elektrodevloeistof niet nodig is". "Om te voorkomen
dat de elektroden verzadigd raken, worden periodiek het zoute en
het zoete water omgewisseld evenals de richting van de
elektrische stroom". De capacitieve omgekeerde dialyse moet
een betere prestatie leveren dan de "normale" omgekeerde
elektrodialyse.
Electro-Dialysis (ED, soms: ontzouting)
Een andere techniek, Electro-Dialysis, heeft niet als doel
elektriciteit op te wekken (en is dus eigenlijk geen blue energy), maar is
bedoeld voor het ontzouten van zout water:
- zoet water (drinkwater) maken
- teveel zout uit water halen om het geschikt te maken voor lozing.
Electro-dialysis gebruikt volgens de leveranciers van de apparatuur minder
energie dan vergelijkbare processen voor ontzilting.
Documentatie
- Blauwe
Energie (Anton Kalsbeek en Jeroen Leliveld)
Andere vormen van gebruik van water voor het opwekken van energie, zie bij waterkrachtcentrale.
Met dank aan Kema (onderdeel van Cesi),
REDstack.
Zie eventueel elektriciteitscentrale.
Eng. mbv. osmose: pressure retarded osmosis (PRO); mbv.
"omgekeerde osmose": reverse electrodialysis (RED)