'blue energy' zonder zeewater

[DePurpereWolf]

'Blue energy' zonder zeewater

Omgekeerde elektrodialyse kan ook met ammoniumbicarbonaat en restwarmte


Met een ammoniumbicarbonaatoplossing werkt omgekeerde elektrodialyse nog beter dan met zeewater. Om te beginnen hoef je dan niet meer per se aan de kust of op de Afsluitdijkte gaan zitten, stelt Bruce Logan (Penn State University, VS) op de website van Science.




Een prototype van de omgekeerde-elektrodialysecel.


Dat ammoniumbicarbonaat (NH₄HCO₃) heeft de aparte eigenschap dat het gemakkelijk verdampt in de vorm van NH₃ en CO₂, zodra het water warmer wordt dan zo'n 40 graden Celsius. Dat kun je dus al bereiken met heel laagwaardige restwarmte waar je verder niet of nauwelijks wat aan hebt, bijvoorbeeld opgewarmd koelwater uit een procesinstallatie dat je anders zò de koeltoren in zou laten lopen.


...


Lees verder: http://www.c2w.nl/blue-energy-zonder-zeewater.238625.lynkx


Bron: C2W

[Osmotor]

Inderdaad. Thans loopt er al jaren een proef op de Afsluitdijk door Wetsus met 'blue energy' in de vorm van Reversed Electro Dialyses (omgekeerde elektrodialyse). Een verschil tussen zoutconcentraties bevat energie. Bekend van de natuurkunde les met twee compartimenten met zout en zoet water gescheiden door een membraan. Het waterniveau in het zoute gedeelte gaat dan stijgen. Het zelfde wat ten grondslag ligt als in een plant water verdampt en er derhalve water vanuit de bodem de plant in gaat (een proces wat abrupt stopt als je het grondwater zout zou maken). Dit kan benut worden door zout en zoet water langs ion-selectieve membranen te laten stromen waardoor Na+- en Cl- -ionen door de ion-selectieve membranen kunnen bewegen waardoor een spanningsverschil ontstaat. Eén m3 zoet water dat gemengd kan worden met zeewater bevat 1 MJ. Met een gemiddelde flow van 3300 m3 zoet water per seconde wat in Nederland de zee in stroomt ligt er derhalve een energiepotentiaal van 3300 MW. Onafhankelijk van zon en wind. Het eindproduct is brak water. Het zelfde wat je ook zou hebben als je het IJsselmeerwater zonder RED de Waddenzee in zou laten stromen.
Al jaren worden grote vorderingen beloofd. Er is echter één probleem: De membranen zijn zo fijn dat ze in no-time verstopt raken met klei-deeltjes, algenresten e.d.. De laatste kleine vordering in het onderzoek was om af en toe van stromingsrichting te veranderen waardoor de membranen niet zo snel verstopt raakten.
 Helaas komt hierbij weer de rol van Groenekerkers en klimaatfundamentalisten. Dit zelfde proces kan je immers ook laten verlopen zonder vuil IJsselmeer- en Waddenzee water. Namelijk in een gesloten circuit met water met ammoniumbicarbaat (NH4HCO3). Als je dan zoet en zout water hebt gemengd kan je dat brakke water immers weer opwerken tot zout en zoet als je het met laag calorische restwarmte opwarmt tot 40 graden. Want dan splitst het ammoniumbicarbonaat zich immers tot het gasvormige ammoniak (NH3) en CO2 (en water) waarmee je dus het brakke water kan opwerken tot zoutwater. Er zijn dan géén kleideeltjes en algenresten die de membranen kunnen vervuilen.

[Pinokkio]

Het is een gesloten circuit dus met "blue energy" heeft dit in feite niets van doen.
 
Het is een "black box" waar aan de ene kant een heleboel laagcalorische restwarmte in gaat en aan de andere kant een klein beetje elektrische energie uitkomt.
 
Dat er in die black box dingen gemengd en weer gesplitst worden is thermodynamisch gezien niet relevant.
 
Sadi Carnot zou alweer met zijn hoofd schudden.

[Marko]

Dit lijkt me een geweldig concept. Met de stroom die eruit komt kun je dan weer elektrische boilers of warmtepompen aandrijven om je huis op te warmen.
 
En met die warmte maak je dan weer elektriciteit. Gratis en voor niets je huis verwarmd.

[Osmotor]

Het is een gesloten circuit dus met "blue energy" heeft dit in feite niets van doen.

Wel een blue energy techniek.
 
 
 

Het is een "black box" waar aan de ene kant een heleboel laagcalorische restwarmte in gaat en aan de andere kant een klein beetje elektrische energie uitkomt.

De universiteiten die mee werken aan mengen van zout en zoet water op de Afsluitdijk hebben het over een potentiëel vermogen van 3300 MW. Het gaat dus over een enorm energiepotentiaal. Alleen nog de verkeerde methode met dat IJsselmeer- en Waddenzee water dat de ion-selectieve membranen direct vervuilen.

[Osmotor]

Dit lijkt me een geweldig concept. Met de stroom die eruit komt kun je dan weer elektrische boilers of warmtepompen aandrijven om je huis op te warmen.
 
En met die warmte maak je dan weer elektriciteit. Gratis en voor niets je huis verwarmd.

 
Als het rendement van omzetting van ammoniumbicarbonaat uit het 'afgewerkte' brakke water tot NH3 en CO2 en zoet water en vervolgens het opwerken van de andere helft van het brakke water tot zout water en vervolgens de omzetting van zout en zoet water tot elektriciteit hoger is dan 25 % zou dat met een warmtepomp mogelijk moeten zijn. Derhalve energie uit de buitenlucht. Zolang Wetsus op de Afsluitdijk blijft prullen met (vuil) IJsselmeer- en Waddenzee water zullen we het nooit weten.

[Marko]

 
Als het rendement van omzetting van ammoniumbicarbonaat uit het 'afgewerkte' brakke water tot NH3 en CO2 en zoet water en vervolgens het opwerken van de andere helft van het brakke water tot zout water en vervolgens de omzetting van zout en zoet water tot elektriciteit hoger is dan 25 % zou dat met een warmtepomp mogelijk moeten zijn. 

 
Bij een temperatuur van 40 °C kun je dat uit je hoofd zetten. 6% maximaal, in de ideale theoretische wereld.
 
Ik denk dat je de opmerking van Pinokkio over Carnot even door moet laten dringen.

[Pinokkio]

@Osmotor,
 

De universiteiten die mee werken aan mengen van zout en zoet water op de Afsluitdijk hebben het over een potentiëel vermogen van 3300 MW. Het gaat dus over een enorm energiepotentiaal.

Dat is een heel ander verhaal. Dat gaat wel over blue energie: elektriciteit uit het mengen van zoet en zout water. Overigens is dat potentiëel vermogen van 3300 MW alleen op papier. In de praktijk kan men nooit alle rivierwater mengen met een even grote hoeveelheid zeewater. Daarvoor zou men rivieren moeten afdammen en het zeewater van tientallen kilometers aan moeten voeren want aan de riviermondingen is het immers niet zout maar slechts brak.
Een illusie dus. Vergeet dat blue energy maar.
 
Dat ammoniumbicarbonaat verhaal is heel iets anders. Zoals je zelf al schreef gebeurt het in een gesloten circuit. Je zou er dus bij wijze van spreken een grote doos (black box) omheen kunnen plaatsen.
Daar gaat dan laagcalorische warmte in en er komt een beetje elektriciteit uit, theoretisch maximaal 6 %, in de praktijk misschien 4 %. Die andere 96 % moet dan weggekoeld worden met koud rivierwater of zeewater.
 
Men zou in die black box ook een ORC (organic rankine cycle) kunnen plaatsen om diezelfde laagcalorische warmte om te zetten in 4 % elektriciteit. Is doodsimpel, kan men al tientallen jaren, maar doet natuurlijk niemand want is totaal niet economisch.
 
Beter is om die laagcalorische warmte direct voor verwaming van huizen te gebruiken.

[Osmotor]

@Osmotor,
 
Overigens is dat potentiëel vermogen van 3300 MW alleen op papier. In de praktijk kan men nooit alle rivierwater mengen met een even grote hoeveelheid zeewater. Daarvoor zou men rivieren moeten afdammen en het zeewater van tientallen kilometers aan moeten voeren want aan de riviermondingen is het immers niet zout maar slechts brak.
Een illusie dus.

juist

Daar gaat dan laagcalorische warmte in en er komt een beetje elektriciteit uit, theoretisch maximaal 6 %, in de praktijk misschien 4 %. Die andere 96 % moet dan weggekoeld worden met koud rivierwater of zeewater.

Het is geen thermodynamisch carnot proces, maar elektronen transport door ion-selectieve membranen. Een andere methode is Pressure Retarded Osmosis. Waarbij, net als in de natuurkundeles, zoet water door een membraan naar het zoute gedeelte gaat. Door het aanzuigen van water komt het zoute gedeelte onder druk te staan waardoor dan een turbine kan draaien. Door die turbine gaat dan brak water wat dan met laag calorische afvalwarmte opgewarmd moet worden tot 40 graden waardoor het brakke ammoniumbicarbonaat water weer zoet wordt en de NH3 en CO2 weer in het druk gedeelte opgenomen kan worden (nadat het water afgekoeld is). Transport van water door een membraan als het warm is (dat is ook het geval bij Reverse Osmose dat o.a. in de tuinbouw wordt gebruikt om van brak water bruikbaar zoet water te maken).
 

Beter is om die laagcalorische warmte direct voor verwaming van huizen te gebruiken.

Niet in de zomer.

[Marko]

Het is geen thermodynamisch carnot proces, maar elektronen transport door ion-selectieve membranen.

 

Dat doet er niet toe. Energie is energie, en warmte is warmte. T₁ = 313 K en T₂ is, bij een doorsnee ruimte, 293 K. Het maakt niet uit via wat voor stappen je de beschikbare warmte omzet in arbeid, er is simpelweg maar een klein deel van de warmte die je daadwerkelijk kunt omzetten, omdat je alleen uit het temperatuursverschil tussen T₁ en T₂ warmte kunt onttrekken. 

 

Niet in de zomer.

In de zomer werkt dat apparaat helemaal beroerd.

[Pinokkio]

Het is geen thermodynamisch carnot proces, maar elektronen transport door ion-selectieve membranen. Een andere methode is Pressure Retarded Osmosis.

We kennen allemaal RED en PRO, maar het soort proces doet niet terzake. Alles is onderhevig aan de wetten van de thermodynamica.
Ofschoon iedere hoogopgeleide onderzoeker die in zijn opleiding geleerd moet hebben, hebben velen het nooit echt begrepen, anderen zijn het inmiddels volstrekt vergeten, en weer anderen denken dat het niet van toepassing is op hun unieke proces.
 
 
Het is onmogelijk om warmte volledig om te zetten in arbeid (Work).
 

Work from heat.jpg (5.09 KiB) 1538 keer bekeken

 
De fractie die omgezet kan worden volgt uit de wetmatigheid dat:
 
Q_H/T_H = Q_c/T_c
 
Verder is natuurlijk
 
W = Q_H - Q_c
 
Door beide vergelijkingen te combineren volgt dat
 
η_c = W/Q_H = 1 - T_c/T_H

 
Dit wordt weliswaar het Carnot rendement genoemd, maar geldt algemeen, niet alleen voor de zogenaamde Carnot cyclus. Die Carnot cyclus is de enige cyclus die in theorie bovengenoemd maximum rendement η_cwerkelijk kan halen. Alle andere cycli hebben een lager rendement.
 
Het maakt niet uit of men een cyclus bedenkt met daarin RED of PRO of ORC of ........ wat dan ook, men kan nooit een hoger rendement bereiken dan die η_c .
 
Zie het zo:
In die cyclus met ammoniumbicarbonaat wordt de oplossing opgewarmd naar 40 ^oC (jouw info) om NH₃ en CO₂ te verwijderen, daarna afgekoeld, gesplitst in twee delen, en de NH₃ en CO₂ opgelost in het ene deel, terwijl het andere deel zuiver water blijft.
Het uit de oplossing verdrijven van NH₃ en CO₂ kost energie, beschouw het voor het gemak als een soort van "verdampingswarmte".
Het weer oplossen van die NH₃ en CO₂ in een deel van het water genereert weer warmte, beschouw het voor het gemak als een soort van "condensatiewarmte", en vergt dus weer koeling, laten we zeggen tot 20 ^oC.
 
Die "condensatiewarmte" is ietsje lager dan de "verdampingswarmte" omdat de NH₃ en CO₂ opgelost worden in slechts een deel van het totale water en dus een andere concentratie creëren. Alleen dat verschil tussen beide warmtes is beschikbaar voor RED.
Als de beide vloeistofdelen gemengd worden komt dat verschil alsnog vrij en wordt in de RED gedeeltelijk omgezet in elekriciteit en de rest in alsnog in warmte (inefficiency van de RED).
 
Met T_H = 40 ^oC = 313 K en T_c = 20 ^oC = 293 K
geldt voor het maximaal theoretisch haalbare rendement:
 
η_c= 0,064 = 6,4 %
 
Het in de praktijk haalbare rendement is altijd lager, ongeacht welk cyclus proces men bedenkt.
In de zomer zal het waarschijnlijk niet eens mogelijk zijn om tot 20 ^oC te koelen, dus dan wordt het rendement nog miserabeler.

[Osmotor]

Work from heat.jpg

Toch klopt er volgens mij hier iets niet. Bij menging van rivier en zee water over ion-selectieve membranen, of in een PRO, speelt temperatuur geen enkele rol. En toch ontstaat er 'Work'. Het enige wat er wat betreft temperatuur verandert is dat er na menging middels een RED membranen er dan wel brakwater ontstaat maar dan, gezien de wet van behoud van energie, met een iets lagere temperatuurstijging. Als je zout en zoet water met de zelfde temperatuur bij elkaar gooit, neemt de temperatuur namelijk iets toe als gevolg van de afname van, potentiële, Salt Gradiënt Salanity energie. Het zelfde effect wat er gebeurd als je water niet via een waterval laat vallen maar de potentiële energie van waterkracht via een turbine omzet in elektriciteit.


In het geval van het water na de turbine door verwarmen vrij maken van ammoniumbicarbonaat (het omzetten tot NH3 en CO2 is ook nog eens endotherm) en dat NH3 en CO2 vervolgens injecteren in het gedeelte achter het membraan zijn er dus wel twee verschillende temperaturen. Maar zal gezien het bovenstaande los staan van het eigenlijke (osmotische) proces. Zo neemt de capaciteit van de membranen toe als het zoete water dat door het membraan moet (in geval van PRO) warmer is. Dat is namelijk ook het geval bij Reversed Osmose dat o.a. in de tuinbouw wordt gebruikt om brak sloot of hergebruik water geschikt te maken voor gebruik als irrigatie in de kas.

[Marko]

Toch klopt er volgens mij hier iets niet. Bij menging van rivier en zee water over ion-selectieve membranen, of in een PRO, speelt temperatuur geen enkele rol. En toch ontstaat er 'Work'.

Daar inderdaad niet. Maar het systeem dat jij beschrijft is gesloten voor wat betreft de materiestroom. De enige energie die erin komt is warmte. 

[Pinokkio]

Het éénmalig mengen van zout en rivierwater is heel iets anders.
 
Maar daar gaat dit topic niet over.
 
De onderzoekers beweren dat ze in een gesloten cicuit met ammoniumbicarbonaat en water warmte kunnen gebruiken om elektriciteit te generenen met RED.
 
Het C2W artikel stelt: "Uiteraard kun je de afgewerkte NH₄HCO₃-oplossing telkens opnieuw met warm en koud water regenereren.".
 
Het rondpompen van een medium, het medium scheiden in A en B, en daarna A en B weer mengen, weer scheiden, weer mengen, et cetera, levert natuurlijk nooit iets op.
A en B mengen en A en B scheiden gaan immers beiden gepaard met dezelfde enthalpieverandering, alleen de ene keer negatief, de andere keer positief. Netto effect: nul.
De geproduceerde elektriciteit komt van (een klein deel van) de toegevoerde Q_H 
 
Het systeem is een blackbox die op een bepaalde manier (welke is irrelevant) Q_H omzet in W en Q_c en het rendement van zo'n black box wordt altijd gelimiteerd door bovengenoemde η_c
 
Onderzoekers die met blue energy bezig zijn zitten in een doodlopende weg, want vrij nutteloos. Dan krijg je dit soort onzin om toch ermee door te kunnen gaan.

[Osmotor]

Wel mijn interesse. Niet mijn vakgebied. Ik begrijp het derhalve niet. Volgens mij is een carnot proces (en het daaruit voorkomende rendementsberekening die jullie voor blue energy met brak ammoniumbicarbonaat water opwerking gebruiken) alleen een proces waarbij verandering van druk middels een zuiger of turbine (arbeid) direct invloed heeft op verandering van temperatuur (of het omgekeerde proces waarbij arbeid wordt omgezet in warmte middels een warmtepomp). Bij PRO wordt ook druk omgezet in arbeid maar gebeurd er direct niets met de temperatuur. Rivier en zee water mengen is in principe ook een gesloten systeem (als je de verdamping van zeewater meerekent, want daardoor ontstaat er immers wolken, neerslag en dus zoet rivierwater). Hoe ziet die carnotcyclus en - berekening er dan uit?