Osmosekraftwerk Artur Strumberger FOS-T Energieressourcen schonen 13.05.2011

Inhalt 1. Versuch 2. Funktion 3. Bauteile 4. Prototyp 5.Standort Osmose Osmosekraftwerk 1. Versuch 3. Bauteile 4. Prototyp 6. Woher kommt die Energie 5.Standort Anforderungen Mögliche Standorte Standort an der Elbe 7. Vor- und Nachteile 8. Zukunftsaussichten

1. Versuch Geräte und Hilfsmittel: Glockentrichter mit Rohr und Membran, Plastikbecher und durchbohrtem Deckel, Gummiring, Combi Tip, Becherglas 100 ml, Glasrührstab, Filzstift Chemikalien: dest. Wasser, Haushaltszucker dest. Wasser Zuckerlösung Membran

2.1 Osmose (Diffusion) H₂O Moleküle NaCl Moleküle

2.2 Osmose niedrige Konzentration hohe Konzentration semipermeable Membran

2.3 Osmotische Druck(Rechnung) geg: -Temperatur T: 15℃ (288,15K) -universelle Gaskonstante R: 8,314 𝑱 𝒎𝒐𝒍 𝑲 -Salzgehalt der Nordsee: 3,5 % (n= 35g) -Salzgehalt der Elbe: 0,1% (n= 10g) - 𝑖= 1,86 -Molare Masse M= Atommasse u. ges: - Druck ∏=𝑏𝑎𝑟 Formel: -∏=∆𝑐∙𝑅∙𝑇 - 𝑐= 𝑛 𝑀∙𝑉 osmotischer Druck 𝑛:Stoffmenge, 𝑖:Korrekturfaktor

2.3 Osmotische Druck(Lösung) 𝑐= 𝑛 𝑀∙𝑉 𝑐₁= 35𝑔 58,443 𝑔 𝑚𝑜𝑙 ∙1𝑙 𝑐₂=0,599 𝑚𝑜𝑙 𝑙 𝑐₂= 1𝑔 58,443 𝑔 𝑚𝑜𝑙 ∙1𝑙 𝑐₂=0,017 𝑚𝑜𝑙 𝑙 ∆𝑐=𝑐₁−𝑐₂ ∆𝑐=0,599 𝑚𝑜𝑙 𝑙 −0,017 𝑚𝑜𝑙 𝑙 ∆𝑐=0,582 𝑚𝑜𝑙 𝑙 ∏=𝑖∙∆𝑐∙𝑅∙𝑇 ∏=1,86∙0,582 𝑚𝑜𝑙 𝑙 ∙8,314 𝐽 𝑚𝑜𝑙 𝐾 ∙288,15 K ∏=1199.086 kPa= 11,99bar

Lückentext Osmose (Diffusion) Osmose Die sich im Laufe der Zeit, gleichmäßige Verteilung der Teilchen innerhalb einer __________ __,aufgrund der Eigenbewegung , bezeichnet man als ________ . Diffusionsvorgänge verlaufen bei höheren ____________ ___schneller, da sich die Teilchen bei höherer Temperatur schneller bewegen. Flüssigkeit Diffusion Temperaturen Osmose Diffusion Eine Osmose ist praktisch eine __________ durch eine semipermeable Membran. Semipermeabel bedeutet sozusagen „_______________" sie lässt nur ________durch, die eine definierte Größe nicht überschreiten. Somit entsteht auf einer Seite der Membran ein osmatischer _______. halbdurchlässig Teilchen Druck

Film

2.4 Funktion eines Osmosekraftwerks

3.1 Filter Salz- und Süßwasser werden durch Filtration von groben Partikeln befreit.

3.2 Membrane Durch die semipermeable Membran wird ein osmotischer Druck aufgebaut. 80% bis 90% des Süßwassers wird in den Salzwasserkreislauf gedrückt und erzeugt so das Brackwasser Der Rest des Süßwassers wird wieder abgeführt

3.2 Aufbau der Membran Die Membran besteht aus zwei Schichten Die erste Schicht ist die Aktive Schicht, sie bestecht aus Polyamid (Art Nylon) Die zweite Schicht ist eine Schutzschicht und dient als Trägermaterial, sie beseht aus Polyester Salzwasser Süßwasser Membranschicht Stützschicht 0,1 𝜇𝑚

3.2 Aufbau einer Membran Eine Membran leistet zur Zeit 2,3 W/m² Man braucht 2000m² für 4,6 kW Die Membran wird aufgerollt, um Platz zu sparen. Um diese Fläche unterbringen zu können, werden die Membrane aufgerollt und in Röhren-Modulen untergebracht

Berechnung der produzierten Leistung: geg: -hydrostatischer Druckdifferenz über die Membran ∆𝑝= 2 bar -Durchlässigkeitskoeffizient der Membran 𝑘= 1,8·10 −7 m³/(s·bar·m²) -Wasserdurchfluss ⩒= 1m³/h Formel: -𝑃=𝑘∙𝐴∙∆𝑝∙(∏−∆𝑝) - A= ⩒ 𝑘∙(∏∙∆𝑝)

3.3 Druckaustauscher 2 3 des Brackwassers werden dazu verwendet, den Druck im Salzwasserkreislauf zu erhöhen. Dadurch beträgt der Druck im Salzwasserkreislauf etwa 11 bis 15 bar

3.3 Druckaustauscher Seewasser mit niedrigem Druck 5 4 3 Seewasser mit niedrigem Druck Seewasser mit hohem Druck Brackwasser mit hohem Druck Brackwasser mit niedrigem Druck Rotationsrichtung 1 2

3.4 Turbine Das Brackwasser wird zu 1 3 über eine stromerzeugende Turbine abgeführt

3.4 Turbine (Pelton) Auf dem Laufrad sitzen max. 40 becherförmige, in 2 Halbschalen gegliederte Schaufelblätter Ideal für geringe Wassermengen Der Wirkungsgrad liegt zwischen 80% und 90%

4. Prototyp Norwegen, 60 Kilometer von Oslo 24. November 2009 Baukosten ca. 13mio. € Leistung von 2 bis 4,6 KW 66 Membranröhren mit 2000m² Membranfläche Effizienz der Membrane Aktuell: 2,3 W/m² Ziel: 5 W/m²

5. Anforderung an ein Standort Durchflussmenge des Flusses 1 Sauberkeit des Flusses 2 Klare Zone zwischen Süß- und Salzwasser 3 Hohen Salzgehalt des Meeres 4 Temperaturverteilung der Flussmündungen 5

5. Gute Standortbedingungen 0,8 % 3,5 % 3,45% 3,74 %

5. mögliche Standorte Totes Meer 27% Salzgehalt Durchflussmenge des Jordans 11,10 m³/s Mittelmeer 3,74% Salzgehalt Durchflussmenge des Rhone 1800m³/s

5. Standortwahl an der Elbe Eine Klare Zone zwischen Süß- und Salzwasser ist nicht gegeben Es müssten lange Rohrsysteme gebaut werden Das Süß- und Salzwasser müsste durch Pumpen an den Standort gepumpt werden STANDORT ENTNAHME MEERWASSER Fazit: Es wäre möglich aber nicht Wirtschaftlich!! ENTNAHME FLUSSWASSER

6. Woher kommt die Energie? Wasser verdunstet Bildung von Wasserdampf Wasser fällt als Niederschlag Wasser fließt ins Meer

7. Vor- und Nachteile ist lautlos schwere Umsetzung Umweltfreundlich (Emissionsfrei) großes weltweites Leistungspotenzial relativ einfache Technologie viele große Städte liegen direkt an Flussmündungen schwere Umsetzung hoher weiterer Entwicklungsbedarf zur Optimierung der Membrantechnologie hohe Investitionskosten wenig Erfahrung bei der Lebensdauer der Membran

8. Zukunftsaussichten Starkraft will 2015 das erste wirtschaftliche Osmosekraftwerk bauen Es soll 25 MW leisten (30.000 Haushalte) Das globale, jährliche Potenzial wird auf 1600 bis 1700 TWh geschätzt (Deutschland bräuchte 2010, 603 TWh ) Es hängt alles von einer Leistungsstarken Membran ab

Stromerzeugung im Vergleich Osmose könnte einen kleinen Teil in der Zukunft beitragen.

Lückentext Ein Osmosekraftwerk ist ein Kraftwerk, welches den Unterschied im ____________ zwischen ____________ und Meerwasser nutzt, um daraus ________ zu gewinnen und Strom zu erzeugen. Dies geschieht durch das Prinzip der __________. Ein Osmosekraftwerk ist eine ______________, leise, unerschöpfliche und rund um die Uhr verfügbare Energiequelle. Salzgehalt Süßwasser Energie Osmose emissionsfreie

Quellen www.uptown-online.de/.../strom-zwischen-strom-und-ozean/ http://www.google.de/imgres?imgurl=http://www.gida.de/testcenter/sachunterricht/sach-dvd004/jpg/Wasserkreislauf.jpg&imgrefurl=http://www.gida.de/testcenter/sachunterricht/ http://www.buch-der-synergie.de/c_neu_html/c_06_11_wasser_salintaetsgradient_hydrosphaere.htm http://www.chemie.uni-bremen.de/eilks/Material/teilchen/diffosmo/diffosmoD.htm http://www.mallig.eduvinet.de/bio/11osmose/osmo10.htm http://www.dradio.de/dlf/sendungen/forschak/1075049/ www.lingenhoele.at/ de/turbinenbau http://www.energyprofi.com/jo/salinitaetsgradient-osmose-kraftwerk.html http://www.g-o.de/inc/artikel_drucken_komplett.php?f_id=483&a_flag=2 http://www.energyrecovery.com/index.cfm/0/0/111-Seawater-Desalination-Videos.html