NO314575B1 - Semipermeabel membran og fremgangsmate for tilveiebringelse av elektrisk kraft samt en anordning - Google Patents
Semipermeabel membran og fremgangsmate for tilveiebringelse av elektrisk kraft samt en anordning Download PDFInfo
- Publication number
- NO314575B1 NO314575B1 NO20003977A NO20003977A NO314575B1 NO 314575 B1 NO314575 B1 NO 314575B1 NO 20003977 A NO20003977 A NO 20003977A NO 20003977 A NO20003977 A NO 20003977A NO 314575 B1 NO314575 B1 NO 314575B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- membrane
- water
- salt
- pressure
- membranes
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims description 178
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 40
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 87
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 81
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 claims description 55
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 50
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 31
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 27
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 claims description 26
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 20
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 16
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 12
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 2
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 claims 2
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 61
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 description 17
- 240000005076 Livistona saribus Species 0.000 description 14
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 11
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 10
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 2
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 2
- 230000000135 prohibitive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011545 laboratory measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010977 unit operation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/002—Forward osmosis or direct osmosis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
- F03G7/04—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using pressure differences or thermal differences occurring in nature
Description
Foreliggende oppfinnelse vedrører en forbedret semipermeabel membran med egenskaper tilpasset til formålet og/eller membranmoduler med redusert energitap. Nærmere bestemt omhandler oppfinnelsen en semipermeabel membran bestående av ett tynt sjikt av et ikke-porøst materiale (diffusjonshuden), og ett eller flere sjikt av et porøst materiale (det porøse laget). Videre omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte for tilveiebringelse av forhøyet trykk ved osmose {fra saltgradienter) i et system med trykkredardert osmose gjennom en eller flere semipermeable membraner, som er bygget opp av flere sjikt, hvor minst en andel av det forhøyede osmotiske trykket opprettholdes i systemet. Et anlegg for tilveiebringelse av et osmotisk forhøyet trykk samt elektrisk kraft er også beskrevet.
US 4.283.913 omfatter et mettet ikke-konvektivt vannreservoar som fanger opp solenergi og som anvendes som en separasjonsenhet i kombinasjon med revers elektrodialyse eller trykkretardert osmose for kraftproduksjon. Fra vannreservoaret som delvis kan separere en løsning, føres en mer konsentrert strøm og en mindre konsentrert strøm inn i to kamre skilt med en semipermeabel membran. Deler av energien som oppstår ved permeering av den mindre konsentrerte strømmen gjennom membranen og den etterfølgende blandingen av de to nevnte strømmer omformes til energi før strømmene returneres til vannreservoaret.
Fra US 4.193.267 er det kjent en fremgangsmåte samt apparatur for fremstilling av kraft ved trykkretardert osmose hvor en konsentrert løsning med høyt hydraulisk trykk føres langs en semipermeabel membran, og hvor en fortynnet løsning føres langs den motsatte siden av den nevnte membranen. En del av den fortynnede løsningen transporteres igjennom membranen og skaper en trykksatt blandet løsning. Den potensielle energien lagret i denne trykksatte blandingen omformes til anvendelig energi ved trykkavlasting og trykksetting av den fortynnede løsning-en.
US 3.978.344 beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av energi ved trykkretardert osmose ved anvendelse av en turbin og en semipermeabel membran. Videre er det fra US 3.906.250 kjent fremstilling av energi ved trykkretardert osmose ved hydraulisk trykksetting av en første væske som føres inn på en side av en membran, hvoretter en andre væske med lavere hydraulisk trykk og et lavere osmotisk trykk føres inn på den andre siden av en membran. Trykkretardret osmose vil føre til at deler av den andre væsken vil transporteres gjennom den semipermeable membranen og danner dermed en trykksatt blandet løsning med et større volum enn den første væsken alene. Den lagrede energien omformes deretter i en turbin til anvendelig energi slik som elektrisk eller mekanisk kraft.
Det har vært kjent i århundrer at når saltvann og ferskvann er skilt i to ulike kamre av en semipermeabel membran, for eksempel laget av en biologisk membran som fra svineblære, vil ferskvann presse seg gjennom membranen. Den drivende kraft er i stand til å heve saltvannsnivået over nivået i ferskvannet slik at det oppstår en potensiell energi i form av statisk vannhøyde. Fenomenet kalles osmose og hører med blant de såkalte kolligative egenskaper ved en oppløsning av et stoff i et annet. Dette fenomenet kan beskrives termodynamisk og den potensielle energimengden er derfor kjent. I et system av ferskvann og vanlig sjøvann er det teoretiske potensialet uttrykt som trykk ca. 26 bar. Energipotensialet kan prinsipielt ut-nyttes ved flere tekniske metoder der energien kan utvinnes som bl.a. vanndamp-trykk og strekking av polymere. To av de tekniske metodene anvender semipér-meable membraner, og disse er omvendt elektrodialyse (energipotensiale som elektrisk likespenning) og trykkretardert osmose, TRO, (energipotensiale som vanntrykk).
Det er utført beregninger for å finne kostnaden ved energiproduksjon ved TRO-anlegg. Usikkerheten i slike beregninger illustreres av at rapporterte verdier for energikostnaden varierer over mer enn en størrelsesorden. Wimmerstedt (1977) antydet noe over 1 kr/kWh, mens Lee et.al. (1981) antydet prohibitive kostnader. Jellinek og Masuda (1981) antydet en kostnad på under 13 øre/kWt. Thorsen
(1996) gjorde et kostnadsoverslag som ga 25 - 50 øre/kWt basert på en vurdering av nyere data for membranegenskaper og priser. Alle disse vurderinger er basert på bruk av ferskvann og sjøvann. Tidligere konklusjoner ga altså svært varierende kostnader for energi produsert ved TRO. En omfattende utredning av metoder for energiproduksjon i dag og i fremtiden ble gitt i boka "Renewable Energi" (red. L. Burnham, 1993) forut for Rio-konferansen om miljø og utvikling. Her omtales saltkraft meget kortfattet og det hevdes at kostnadene er prohibitive. Når ferskvann blandes med saltvann finnes et energipotensiale (blandingsenergi) for TRO tilsvarende 260 meter fall for ferskvann, og de mest aktuelle lokaliteter er elveutløp til sjøen. Det er i foreliggende oppfinnelse funnet at 35 - 40 % av denne energien kan utvinnes ved TRO. Ved et praktisk kraftverk vil energien frigjøres som vanntrykk ved ca 10 bar i den brakkvannsstrømmen som oppstår etter sam-menblanding av fersk- og saltvann. Dette trykket er egnet til å drive konvensjonelle turbiner. Den nyttbare energimengden vil da være mellom 50 og 100% av den naturlig forekommende fallenergi i ferskvann på verdensbasis.
Ifølge foreliggende oppfinnelse synes det praktiske potensialet for kraftmengder å være 25 - 50 % av Norges pr. i dag utbygde vannkraft. Kraftverk basert på foreliggende oppfinnelse medfører ikke utslipp av betydning til luft eller vann. Videre er energiformen fullt ut fornybar, og anvender altså kun naturlig vann som drivkraft slik konvensjonelle vannkraftverk gjør. Formålet med foreliggende oppfinnelse er å muliggjøre kommersiell utnyttelse av saltkraft i større skala.
Antatt arealbruk for et tenkt saltkraftverk vil bli relativt lavt og i samme størrelses-orden som for et gasskraftverk, og vesentlig mindre enn for vindkraft. Metoden må derfor kunne sies å være særlig miljøvennlig. I stikkords form kan metoden med hensyn til miljøeffekter og bruksegenskaper karakteriseres slik:
- ingen COrutslipp eller andre store utslipp av annet enn vann
- fornybar, som konvensjonell vannkraft
- stabil produksjon, til forskjell fra vind- og bølgekraft
- lavt arealbruk og små innvirkninger på landskapsområdene
- fleksibel drift
- egnet for både små og store anlegg
Kjent teknikk omhandler ikke effektive semipermeable membraner med redusert energitap hvor størstedelen av saltgradienten i membranen er tilstede i det samme laget som strømningsmotstanden dersom membranen benyttes for TRO. Det må således utvikles en effektiv og optimalisert membran/membranmodul hvor kravet til saltgradient i membranen samt strømningsmotstand som nevnt over er til-fredsstilt. Dette oppnås ikke på en tilfredsstillende måte i eksisterende membraner beregnet på filtrering (omvendt osmose). Videre er det ikke beskrevet en fremgangsmåte for fremstilling av elektrisk kraft fra osmotisk trykk med en effektiv semipermeabel membran som nevnt over i et system med TRO hvor en tilfredsstillende andel av det osmotiske trykket opprettholdes.
Et viktig trekk ved foreliggende oppfinnelse er at størstedelen av saltgradienten i membranen er lokalisert i det samme laget, diffusjonshuden, som strømnings-motstanden. Videre består også foreliggende patentsøknad av et porøst bærema-teriale for diffusjonshuden hvor det ikke er nevneverdig motstand mot vanntransport og saltdiffusjon. Dette oppnåes ikke på en tilfredsstillende måte i eksisterende membraner beregnet på filtrering(omvendt osmose). I foreliggende oppfinnelse opptrer dermed ikke salt i uheldig høye konsentrasjoner i andre deler av membranen enn diffusjonshuden. Det er altså ifølge foreliggende oppfinnelse viktig med membraner med bestemte innvendige strukturer. Videre er konsentrasjonspolari-seringen av salt på diffusjonshudens ferskvannsside redusert i forhold til konvensjonelle membraner.
I foreliggende TRO-anlegg gjenvinnes trykkenergi i brakkvannet (fortynnet sjø-vann) direkte hydraulisk for trykksetting av inngående sjøvann. Herved unngåes en del av det tap som en ellers ville få i en vanlig vannpumpe til dette formålet. Ved å unngå dette tapet kan TRO-anlegget ifølge foreliggende oppfinnelse byg-ges på bakkenivå i stedet for under bakkenivå og likevel oppnå akseptabel effektivitet.
Gjenvinning av trykkenergi ved direkte hydraulisk trykksetting av inngående sjø-vann finner sted i en anordning hvor turbintrykket i halvparten av anordningen direkte skyver sjøvann inn i membranmodulen. I den andre halvparten skyves brakk-vann tilbake og ut av TRO anlegget ved innpumping av sjøvann. De nevnte prosesser som finner sted i de respektive halvdelene av anordningen for hydraulisk trykksetting av sjøvann alternerer ved rotasjon av den vannholdige delen av eller ved et styrt ventilsystem i den nevnte anordningen. Den omtalte direkte hydraulis-ke trykkoverføringen medfører at bruken av sjøvannspumper med begrenset effektivitet reduseres betydelig.
Foreliggende oppfinnelse beskriver semipermeable membraner eller membranmoduler hvor membranene omfatter en tynn diffusjonshud med naturlige osmotiske egenskaper, og det resterende av membranen har en øket porøsitet slik at salt ikke samles opp her (det porøse laget).
Foreliggende oppfinnelse omfatter en semipermeabel membran bestående av ett tynt sjikt av et ikke-porøst materiale (diffusjonshuden), og ett eller flere sjikt av et porøst materiale (det porøse laget), hvor det porøse laget har en struktur hvor po-røsitet ø, membranens tykkelse minus hudtykkelsen x (m), og tortuositet x, står i relasjon til hverandre som gitt ved uttrykket
Da hudtykkelsen er meget tynn omtales x heretter som membranens tykkelse.
S er en strukturparameter, som i en integrert massebalanse for salt over membranen påvirker membranens effektivitet som gitt av:
hvor:
B er saltpermeabilitet (m/s),
Cb er differansen i saltkonsentrasjon mellom ferskvannet og saltvannet (mol/cm<3>), Acs er saltkonsentrasjonsdifferansen over diffusjonshuden (mol/cm<3>),
<p er porøsitet,
x er membranens tykkelse (m),
J er vannfluks (m/s),
c er saltkonsentrasjon (mol/cm<3>),
D er saltets diffusjonskoeffisient (m<2>/s),
x er tortuositet,
df og ds er tykkelsen av diffusjonsfilmene på henholdsvis ferskvannssiden og saltvannssiden av membranen (//m),
Acs/ Cb uttrykker membranens effektivitet i trykkretardert osmose for en gitt verdi av vannpermeabiliteten.
Den semipermeable membranen omfattet av oppfinnelsen kan mer spesifikt beskrives som en semipermeabel membran bestående av ett tynt sjikt av et ikke-porøst materiale (diffusjonshuden), og ett eller flere sjikt av ett porøst materiale (det porøse laget), hvor en mengde saltholdig vann har kontakt med diffusjonshuden, kjennetegnet ved at ett eller flere sjikt har egenskaper hvor en parameter B (saltpermeabilitet i diffusjonshuden) oppfyller relasjonen:
hvor:
6 er saltpermeabilitet (m/s),
Acs er saltkonsentrasjonsdifferansen over diffusjonshuden (mol/cm<3>),
<p er porøsitet,
x er membranens tykkelse (m),
J er vannfluks (m/s),
c er saltkonsentrasjon (mol/cm<3>),
D er saltets diffusjonskoeffisient (m<2>/s),
t er tortuositet,
hvor membranens effektivitet i trykkretardert osmose for en gitt verdi av en vann-permeabiltet, A (m/s/Pa), kan uttrykkes ved en integrasjon av (2) og forenkling slik at:
hvor:
Cb er saltvannets saltkonsentrasjon minus saltkonsentrasjon i ferskvannet (mol/cm<3>),
dfog ds er tykkelsen av diffusjonsfilmene (konsentrasjonspolarisering) på henholdsvis ferskvannssiden og saltvannssiden av membranen (jum),
Acs / Cb uttrykker membranens effektivitet i trykkretardert osmose for en gitt verdi av vann permeabiliteten, hvor et entydig uttrykk for strukturen i den porøse delen av membranen kan angis
ved strukturparameteren S (m), hvor
Verdien av strukturparameteren S og derved membranens indre struktur er avgjø-rende for dens effektivitet i trykkretardert osmose. Strukturen skal ha kun ett tynt og ikke-porøst lag der salt har vesentlig lavere diffusjonshastighet enn vann. Alle
andre lag må være porøse slik at salt og vann kan transporteres med lavest mulig motstand. Det er som regel flere porøse lag for å gi membranen de rette mekanis-ke egenskaper og/eller som et resultat av produksjonsmetoden. For de tilfeller der diffusjonshuden ligger mellom to eller flere porøse lag, eller membranen speilven-des i forhold til ferskvann og saltvann, vil uttrykkene bli mer kompliserte, men den følgende diskusjon vil gjelde på samme måte.
Strukturparameteren S må ha en verdi 1,5-IO^m eller lavere. Det vil normalt medføre at tykkelsen på membranen er mindre enn 150 nm, foretrukket mindre enn 100 (im og at tortuositet (kronglethet), t , blir mindre enn 2,5. Den gjennom-snittlige verdien for porøsitet, q>, i det porøse laget i foreliggende oppfinnelse er større enn 50%. Permeabiliteten for salt, B, er mindre enn 3-10"<8> m/s, og vannpermeabiliteten, A. er større enn 1 -10'<11> m/s/Pa. Diffusjonsfilmens tykkelse på den mindre saltholdige siden og den mer saltholdige siden er på mindre enn 60 jim, fortrinnsvis mindre enn 30 um.
Membranmodul ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter strømningsbrytere bestående av tråder av polymer som danner et nett. Videre pakkes flere membraner sammen til moduler (rulles opp til spiralmembraner) hvor avstanden mellom tilliggende membraner er fra 0,4 til 0,8 mm.
Foreliggende oppfinnelse omfatter videre en fremgangsmåte som beskrevet i krav 10 hvor det tilveiebringes forhøyet trykk ved osmose (fra saltgradienter) i et system med trykkredardert osmose gjennom en eller flere semipermeable membraner, som er bygget opp av flere sjikt, hvor minst én andel av det osmotiske trykket opprettholdes i systemet, kjennetegnet ved at
- en saltholdig fødestrøm bringes i kontakt med et ikke-porøst lag (diffusjonshuden) i en eller flere semipermeable membraner, hvor samtidig en mindre saltholdig fødestrøm bringes i kontakt med den andre siden av diffusjonshuden, og hvor et tilliggende porøst lag (det porøse laget) i en eller flere av de nevnte semipermeable membranene har en struktur hvor porøsitet <p, membranens tykkelse x (m), og tortuositet r, står i relasjon til hverandre som gitt ved uttrykket
hvor S er en strukturparameter
- hvorved vann fra den mindre saltholdige strømmen naturlig drives gjennom den semipermeable membranen ved osmose og skaper et osmotisk hydraulisk forhøyet trykk i den mest saltholdige løsningen (brakkvannet).
I den omtalte fremgangsmåten overføres minst en del av det potensielle osmotiske trykket mellom de to vannstrømmene direkte hydraulisk til den inngående saltholdige fødestrømmen. Mengden av den saltholdige fødestrømmen er 1 - 3 ganger større enn mengden av den mindre saltholdige fødestrømmen, slik at forholdet mellom lengden av en strømningsbane til den saltholdige- og den mindre saltholdige strømmen er fra 0,3 til 1,0. Avstanden mellom tilliggende membraner er fra 0,4 til 0,8 mm.
I spiralmodulene blir kanalene til den saltholdige fødestrømmen 10-50% fylt med en eller flere strømningsbrytere som består av tråder av polymer som danner et nett.
Trykket i den saltholdige fødestrømmen inn på membranen/membranmodulen er i området fra 6 - 16 bar.
Som alternativ til spiralmembraner kan parallelle fibre anbringes lagvis slik at saltvann strømmer på utsiden og ferskvann på innsiden av fibrene eller omvendt. Da vil ovenfor nevnte mål endres noe, men trykket blir det samme.
Oppfinnelsen omfatter i tillegg et anlegg som beskrevet i krav 23 hvor det tilveiebringes et osmotisk forhøyet trykk, og hvor anlegget omfatter en eller flere semipermeable membraner eller membranmoduler hvor membranene omfatter et ikke-porøst lag (diffusjonshuden) og minst ett porøst lag; og en anordning for direkte hydraulisk overføring av et osmotisk trykk.
Videre omtales også et anlegg for tilveiebringelse av elektrisk kraft som beskrevet
i krav 24 hvor anlegget omfatter en eller flere semipermeable membraner eller membranmoduler hvor membranene omfatter et ikke-porøst lag (diffusjonshuden) og minst ett porøst lag; og en anordning for direkte hydraulisk overføring av et osmotisk trykk, samt minst en turbin med elektrisk generator.
Anlegget kan anbringes på, eller opptil 200 m under jordoverflaten.
Trykkretardert osmose er som alle osmotiske prosesser basert på selektiv masse-transport gjennom membraner. Et kammer med ferskvann er adskilt fra et kammer med sjøvann ved hjelp av en semipermeabel membran. Denne membranen tillater transport av vann, men ikke av salt.
Både vann og salt vil diffundere fra høy til lav konsentrasjon, men membranen hindrer salttransporten. Resultatet blir en netto vanntransport fra ferskvannsiden til sjøvannsiden, og det bygger seg opp et trykk på sjøvannsiden. Den osmotiske vanntransporten blir dermed retardert av trykket som bygger seg opp. Vannet som er transportert til sjøvannsiden befinner seg der ved et høyere trykk, og arbeid kan ekstraheres hvis vannet får strømme ut gjennom en turbin. På denne måten kan den frie energien ved blanding av ferskvann og sjøvann omdannes til arbeid.
Hvis ferskvann strømmer inn til sjøvannsiden uten at noe strømmer ut, vil trykket bygge seg opp. Til slutt vil trykket på sjøvannsiden bli så høyt at vanntransporten stopper. Det skjer når trykkforskjellen blir lik det osmotiske trykket til sjøvann som er gitt ved van't Hoffs ligning:
Her er R gasskonstanten og 7 er absolutt temperatur. For en 35 g/l NaCI løsning gir ligning (4) et teoretisk osmotisk trykk på 29 bar ved 20°C. Dette tilsvarer en vannsøyle på 296 meter. Hvis et mol vann (0.018 kg) løftes 296 meter må det ut-føres et arbeid på 52.2 J.
I et kraftverk basert på trykkretardert osmose vil ferskvann, som mates inn på lav-trykksiden, transporteres ved osmose gjennom den semipermeable membranen til høytrykksiden. Fra høytrykksiden trykkaviastes vannet gjennom en turbin som ge-nererer mekanisk kraft. For å holde en nødvendig høy saltkonsentrasjon på sjø-vannsiden må sjøvann pumpes inn mot arbeidstrykket. Netto energi produseres fordi volumstrømmen som ekspanderer (ferskvann + sjøvann) er større enn vo-lumstrømmen som komprimeres. Noe av ferskvannet forlater anlegget fra lav-trykksiden, og sørger for å transportere bort urenheter fra ferskvannet og mulig salt som har lekket fra høytrykksiden.
En annen mulig utforming av et anlegg for trykkretardert osmose er å bygge anlegget nedgravd 80 -200 m under bakkenivå. Ferskvannet ledes i dette tilfeltet gjennom rør ned til turbinene, og derfra inn til membranenes lavtrykkside. Sjøvann ledes inn til membranenes høytrykkside som er trykksatt av hydrostatiske krefter, og sjøvannet kan sirkulere gjennom høytrykksiden med friksjon som eneste tap. Ferskvannet vil bli transportert gjennom membranen drevet av de osmotiske kref-tene, og forlater anlegget blandet med sjøvann. Membranene kan da plasseres som landbaserte moduler nedgravd under bakkenivå sammen med turbinene og annet utstyr. Hvis sjøen er dypere enn utgravningen kan membranmodulene tenkes å bli plassert direkte i sjøen.
Membranens hud kan tenkes å bli plassert enten mot sjøvannet eller ferskvannet. Plassering av diffusjonshuden mot ferskvannsiden vil ha den fordelen at urenheter i ferskvannet lettere vil bli avvist på membranoverflaten, da diffusjonshuden har langt mindre porer sammenlignet med den porøse bæreren. Siden det går en netto volumstrøm inn mot membranen på ferskvannsiden, vil denne volumstrømmen kunne transportere ulike typer av urenheter som kan tilsmusse membranen. På sjøvannsiden derimot vil en kontinuerlig vannstrøm fra membranen bidra til å holde membranoverflaten ren.
Da hele trykkforskjellen i foreliggende prosess ligger over det ikke-porøse materia-let (diffusjonshuden) kan det være en fordel at diffusjonshuden ligger på sjøvann-siden da overtrykket vil presse diffusjonshuden mot bæreren. Med diffusjonshuden på ferskvannsiden kan det være en fare for at diffusjonshuden løsner fra bæreren, og membranen kan ødelegges.
Videre har parameterene for vannpermeabiliteten, A, og saltpermeabiliteten, B har stor betydning på membranens ytelse.
For en membran fullstendig uten saltlekkasje vil ikke bærerens tykkelse, porøsitet og tortuositet ha så stor betydning for energiproduksjonen.
Det synes å være en betydelig avhengighet av filmtykkelsen som skyldes konsentrasjonspolarisasjon på sjøvannsiden alene da konsentrasjonspolarisasjon på ferskvannsiden er lav for en membran med liten saltlekkasje.
Tykkelsen på denne diffusjonsfilmen er en kritisk størrelse for energi-produksjonen ved trykkretardert osmose. Denne størrelsen må bestemmes eksperimentelt fra transportforsøk der fluksdata tilpasses den aktuelle modellen. Teoretiske beregninger med en mer komplisert transportmodell antyder en tykkelse på diffusjonsfilmen på omlag 25-10"<6> m - 50-10"<6> m.
Tykkelsen av diffusjonsfilmen på overflaten av membranen mot sjøvannsiden kan reduseres ved å øke strømningshastigheten på sjøvannsiden, og å benytte innret-ninger som øker omrøringen av det strømmende sjøvannet (turbulensfremmere). Slike tiltak vil øke friksjonstapet ved strømning av sjøvannet, og det vil finnes et optimalpunkt med hensyn til sjøvannsraten gjennom en membranmodul, og mem-branmodulens utforming.
Som nevnt ovenfor vil konsentrasjonspolarisasjon av salt være et lite problem på ferskvannsiden i en god membranmodul. Dette er en stor fordel da ferskvannsraten må være lav i deler av et godt anlegg siden det meste av ferskvannet skal transporteres gjennom membranen over til sjøvannet.
Ved trykkretardert osmose vil de viktigste tapsleddene være forbundet med trykksetting av sjøvann, pumping av vann gjennom membranmodulen og tap ved om-danning av trykkenergi i vann til elektrisk energi ved hjelp av turbin og generator.
På grunn av friksjonstap så vil det oppstå et trykkfall over membranmodulen. Vannet skal pumpes gjennom en smal kanal som er forsynt med et avstandsnett for å holde ønsket bredde på kanalen, og som samtidig kan fremme blanding av vann-fasen. På denne måten kan tykkelsen på diffusjonsfilmen reduseres, og effektivite-ten i TRO-prosessen bedres.
Ved TRO prosesser med en god membranmodul vil konsentrasjonspolarisasjon kun være et vesentlig problem på sjøvannsiden da saltkonsentrasjonen på ferskvannsiden øker kun litt. Videre så vil raten på sjøvannsiden være høyere enn på ferskvannsiden, både fordi ferskvann transporteres over til sjøvannet, og fordi eri ønsker å opprettholde en høyest mulig saltkonsentrasjon i sjøvannet. Det siste oppnåes ved å ha en høy gjennomstrømning av saltvann, men gevinsten ved en høy saltvannsrate må vurderes mot omkostningene. Raten på saltvannet kan økes ved å resirkulere saltvann.
Ved en prosess ifølge foreliggende oppfinnelse trykksettes sjøvann før det strøm-mer gjennom membranmodulen. Deretter skal sjøvannet sammen med ferskvannet som er transportert gjennom membranen, ekspandere gjennom en turbin. Både pumpen og turbinen vil ha en virkningsgrad mindre enn 1, og energi vil derfor gå tapt i disse enhetsoperasjonene.
For å redusere tapet ved at store mengder sjøvann først skal komprimeres, og deretter ekspandere gjennom en turbin, kan trykkveksling tas i bruk. Ved trykkveksling så benyttes trykket i utgående fortynnet sjøvann til å komprimere inngående sjøvann. Bare en vannmengde tilsvarende ferskvannet som strømmer gjennom membranen vil passere turbinen, og en langt mindre turbin kan således benyttes. Høytrykkspumpen for trykksetting av sjøvannet elimineres helt.
Avslutningsvis redegjør oppfinnelsen for et anlegg for fremstilling av elektrisk kraft hvor anlegget omfatter vannfiltre for rensing av en saltholdig- og en mindre saltholdig fødestrøm, en eller flere semipermeable membraner eller membranmoduler, samt en anordning for direkte hydraulisk overføring av et osmotisk trykk. Figur 1 beskriver et TRO-anlegg hvor både ferskvann og sjøvann føres inn i sepa-rate vannfiltre før strømmene passerer hverandre på hver sin side av en semipermeabel membran. En del av blandingen av permeat og saltvann med forhøyet trykk føres til en turbin for fremstilling av elektrisk kraft. Oet resterende av per-meatstrømmen føres til en anordning for direkte hydraulisk overføring av et osmotisk trykk hvor inngående sjøvann trykksettes. Det trykksatte sjøvannet føres så inn i membranmodulen.
Figur 2 viser strømningsmønsteret ved tverrstrøm i en spiralmodul.
Figur 3 viser strømningslinjer i en spiralmodul.
Figur 4 viser oppbyggingen av den indre strukturen til en membran, et ikke-porøst lag, kalt diffusjons-hud, og ett porøst lag. Figur 5 viser sammenhengen mellom trykk på den siden av membranen som har kontakt med en mengde saltholdig vann (sjøvannssiden), og osmotisk fluks. Når A er 10~<11>m/s/Pa og 6 er 3-10"<8> m/s og begge er konstante ser man at lavere verdi for S gir bedre ytelse for membranen. Teknisk økonomiske beregninger viser at S må ha en verdi på 1,5-10'<3> m eller lavere. Ved laboratoriemålinger er det funnet at de membraner beregnet for omvendt osmose, som gir best ytelse i trykkretardert osmose har S-verdier rundt 3,0-10~<3> m. Det betyr at S må forbedres med en faktor på 2 eller bedre i forhold til disse membranene. Lavere verdier for B vil lempe på kravet til S. Figur 6 viser effekt som funksjon av trykk på sjøvannsiden for en prosess med betingelser som gitt i tabell 2. Figur 7 viser konsentrasjonsforhold langs membran for TRO med betingelser som gitt i tabell 2 (saltkonsentrasjonene på ferskvannsiden vises knapt). Figur 8 viser volumfluks av vann gjennom membranen for en prosess med betingelser gitt i tabell 2.
De nødvendige verdiene for saltpermeabiliteten, S, vannpermeabiliteten, A, strukturparameteren, S, og tykkelse på diffusjonsfilmene vil også gjelde for eventuelle fiber-membraner. En prinsippskisse for fibermembraner vil være som for spiraler unntatt det som gjelder bruken av strømningsbrytende avstandsnett.
Eksempler på energiproduksjon:
Blandesonen til saltvann og ferskvann kan regnes som adiabatisk, dvs. det er ingen varmeutveksling ( dq=0) med omgivelsene. Siden blandingsentalpien er tilnær-met lik null, og det ekstraheres arbeid ( dw), men ikke varme fra blandingen, fåes fra energibevarelsesloven:
der dE er endringen i totalsystemets indre energi og cp er systemets varmekapasi-tet.
Ekstraksjon av arbeid vil ifølge ligning (5) medføre enn viss nedkjøling. Dersom ett mol ferskvannvann med 52,5 J/mol blandes reversibelt med tre mol saltvann vil det fortynnede saltvannet bli nedkjølt med 0,17°C. I en virkelig prosess optimalisert for energiproduksjon per blandingsenhet vil halvparten av det reversible arbeidet taes ut. Dette medfører at blandingen nedkjøles mindre enn 0,1 °C.
Som nevnt ovenfor så vil bare 50% av den mulige blandingsfrienergien bli utnyttet i et praktisk anlegg for å maksimere energiproduksjonen. Videre vil det tapes energi ved drift av prosessen. Hvis en antar 20% av den energien som produseres i blandingsenheten tapes i prosessen (friksjonstap, drift av pumper, turbiner, etc.) vil en kunne utvinne omlag 20 J per mol ferskvann som går gjennom prosessen. Dette medfører en energiproduksjon for noen lokaliteter basert på midlere vannfø-ring ifølge foreliggende oppfinnelse, som illustrert i tabell 1.
Eksempler på drrftsvariable:
For å beregne vann- og salttransport gjennom membranen samt energiproduksjonen per arealenhet membran, trengs reelle verdier på de forskjellige parametrene som beskriver den aktuelle membranen, utformingen av membranmodulen, parametre som beskriver prosessbetingelsene samt noen fysikalske data. Nødvendige parametre for beregningene er oppsummert i tabell 2.
Alle beregningene nedenfor er utført med basis i 1 m2 membranareal. Da vann og saltfluksene gjennom membranen i de fleste tilfeller er betydelige i forhold til inn-gangsratene til saltvann og ferskvann, vil konsentrasjonsforholdene, og dermed også fluksene gjennom membranen, variere langs membranen. For å ta hensyn til dette er membranen ved beregningene inndelt i 20 like store celler. Konsentrasjo-nene og ratene av henholdsvis saltvann og ferskvann til den første cellen, og sjø-vannstrykket inn på membranen, er gitt av inngangsbetingelsene, jfr. tabell 2. Fluksene av vann og salt for disse betingelsene beregnes så iterativt fra celle til celle ved hjelp av de nødvendige ligninger.
Saltvannsraten, Q, ut fra den siste cellen definerer raten ut av prosessen. Produsert arbeid finnes fra differensen mellom ut-raten og inn-raten til saltvann, og trykket på saltvannsiden. Utnyttelsesgraden av ferskvann finnes fra differensen mellom ferskvannsraten inn og ut i forhold til ferskvannsraten inn.
For hvert enkelt parametersett beregnes flukser og rater som skissert ovenfor. For å bestemme optimalt sjøvannstrykk varieres sjøvannstrykket alltid med ellers konstante betingelser.
I beregningene er det ikke tatt hensyn til trykktap gjennom membranmodulen pga. strømningsmotstanden. Det er heller ikke tatt hensyn til virkningsgrader til pumpen som trykksetter sjøvannet og turbinen som utvinner energi fra prosessen. Produsert arbeid som presentert relateres således til energiproduksjonen ved blan-dingsprosessen, og er ikke lik det virkelige arbeidet som kan ekstraheres fra en virkelig prosess. Slike størrelser må estimeres for aktuelle anlegg.
Diffusjonskoeffisienten til salt øker med omlag 80 % når temperaturen øker fra 3 til 20°C, men den endres lite med konsentrasjonen av salt. Diffusjonskoeffisienten ved 0,1 mol/l er derfor brukt i alle beregningene. Som et eksempel på beregninger er det tatt utgangspunkt i de konservative parameterverdiene oppgitt i tabell 2. Ved disse betingelsene produserer membranen 2,74 W/m<2>, og 23% av ferskvannet som tilføres membranen transporteres over til sjøvannsiden. Figur 1 viser effekten per arealenhet membran som funksjon av trykket på sjøvannsiden. Som figuren viser har effekten et ganske flatt optimalområde mellom 13 og 18 bar. Ved å velge noe gunstigere verdier for membrantykkelse, filmtykkelse og temperatur kan energiproduksjonen lett bli høyere enn 5 W/m<2>.
Konsentrasjonsforholdene over membranen fra innløpssiden til utløpet er vist i figur 7 for et sjøvannstrykk på 13 bar. Siden saltlekkasjen gjennom denne membranen er liten i dette eksempelet, så øker ikke saltkonsentrasjonen på ferskvannsiden nevneverdig, og når en utløpskonsentrasjon på 0,5 mol/m<3>. Tilsvarende så er konsentrasjonspotarisasjonen på ferskvannsiden helt neglisjerbar.
Konsentrasjonspolarisasjonen på sjøvannsiden er derimot betydelig, og gir et konsentrasjonsfall i underkant av 100 mol/m<3.> Tilsvarende er det et konsentrasjonsfall på nesten 150 mol/m<3> over bæreren. Den drivende konsentrasjonsdifferensen over membranens hud tilsvarer konsentrasjonsforskjellen mellom hudens overflate mot sjøvannet og den siden av det tilliggende porøse lag som vender mot sjøvannet jf. figur 7, og utgjør ca 320 mol/m<3>, etler knapt 60% av konsentrasjonsforskjellen mellom sjøvann og ferskvann. Dette illustrerer viktigheten av å redusere pola-risasjonseffektene. Det oppnåes ved å minimere diffusjonsfilmtykkelsen på sjø-vannsiden (høy strømningshastighet og god raring), og tykkelsen av bæreren.
Figur 8 viser volumfluksen av vann gjennom membranen som funksjon av dimen-sjonsløs posisjon fra innløpssiden. Som figuren viser så endrer vannfluksen seg relativt lite, noe som skyldes at drivende konsentrasjonsforskjell også er relativt konstant langsetter membranen, jf. figur 7.
Claims (25)
1. Semipermeabel membran bestående av ett tynt sjikt av et ikke-porøst materiale (diffusjonshuden), og ett eller flere sjikt av ett porøst materiale (det porøse laget), hvor en mengde saltholdig vann har kontakt med diffusjonshuden, karakterisert ved at ett eller flere sjikt har egenskaper hvor en parameter B (saltpermeabilitet) oppfyller relasjonen:
hvor
B er saltpermeabilitet (m/s),
Acs er saltkonsentrasjonsdifferansen over diffusjonshuden (mol/cm<3>), q> er porøsitet,
x er membranens tykkelse minus hudtykkelsen (m),
J er vannfluks (m/s),
c er saltkonsentrasjon (mol/cm<3>),
D er saltets diffusjonskoeffisient (m<2>/s),
x er tortuositet,
hvor membranens effektivitet i trykkretardert osmose for en gitt verdi av en vann-permeabiltet, A (m/s Pa), kan uttrykkes ved en integrasjon av (2):
hvor
cb er differansen i saltkonsentrasjon mellom ferskvannet og saltvannet (mol/cm<3>), df og ds er tykkelsen av diffusjonsfilmene på henholdsvis ferskvannssiden og saltvannssiden av membranen { pm),
Acs/ Cb uttrykker membranens effektivitet i trykkretardert osmose for en gitt verdi av vannpermeabiliteten,
hvor et entydig uttrykk for strukturen i den porøse delen av membranen kan angis ved strukturparameteren S (m), hvor
2. Membran ifølge krav 1,karakterisert ved at strukturparameteren S har en verdi 1,5-10'<3> m eller lavere.
3. Membran ifølge kravene 1-2, karakterisert ved en gjennomsnittlig porøsitet, <p, i det porøse laget på større enn 50%.
4. Membran ifølge kravene 1-3, karakterisert ved at permeabiliteten for salt, B, er mindre enn 3-10"<8> m/s.
5. Membran ifølge kravene 1-4, karakterisert ved at vannpermeabilitet, A, er større enn 1 -10'<11> m/s/Pa.
6. Membran ifølge kravene 1-5, karakterisert ved en diffusjons-filmtykkelse på mindre enn 60-10"<6> m, fortrinnsvis mindre enn 30-10"<6> m.
7. Membran ifølge kravene 1-6, karakterisert ved at den omfatter strømningsbrytere mellom membranene bestående av tråder av polymer som danner et nett med kvadrat- eller rombeformet mønster.
8. Membran ifølge kravene 1-7, karakterisert ved at flere membraner pakkes sammen lagvis i moduler hvor avstanden mellom tilliggende membraner er fra 0,4 til 0,8 mm.
9. Membran ifølge kravene 1 -6, karakterisert ved at den er i form av hul fiber med en ytre diameter på fra 0,05 til 0,5 mm.
10. Fremgangsmåte for tilveiebringelse av forhøyet trykk ved osmose (fra saltgradienter) i et system med trykkredardert osmose gjennom en eller flere semipermeable membraner, som er bygget opp av flere sjikt, hvor minst én andel av det forhøyede osmotiske trykket opprettholdes i systemet,
karakterisert vedat - en saltholdig fødestrøm bringes i kontakt med et ikke-porøst materiale (diffusjonshuden) av en eller flere semipermeable membraner; og samtidig bringes en mindre saltholdig fødestrøm i kontakt med et porøst materiale (det porøse laget) av en eller flere av de nevnte semipermeable membranene, hvor det porøse laget har en struktur hvor porøsitet ø, membranens tykkelse x (m), og tortuositet t, står i relasjon til hverandre som gitt ved uttrykket
hvor S er en strukturparameter - hvorved vann fra den mindre saltholdige strømmen naturlig drives gjennom den semipermeable membranen ved osmose og skaper et osmotisk hydraulisk forhøyet trykk i den mest saltholdige løsningen (brakkvannet).
11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at strukturparameteren S har en verdi 1.5-10'<3> m eller lavere.
12. Fremgangsmåte ifølge krav 10-11,karakterisert ved at minst en del av det potensielle osmotiske trykket over membranen overføres direkte hydraulisk til den inngående saltholdige fødestrømmen.
13. Fremgangsmåte ifølge kravene 10-12, karakterisert ved en gjen-nomsnittlige porøsitet, <p, i det porøse laget på større enn 50%.
14. Fremgangsmåte ifølge kravene 10-13, karakterisert ved en diffu-sjonsfilmtykkelse på mindre enn 60-10"<6> m, fortrinnsvis mindre enn 30-10"<6> m.
15. Fremgangsmåte ifølge kravene 10-14, karakterisert ved at mengden av den saltholdige fødestrømmen er 1 - 3 ganger større enn mengden av den mindre saltholdige fødestrømmen.
16. Fremgangsmåte ifølge kravene 10-15, karakterisert ved at kanalen til den saltholdige strømmen den omfatter strømningsbrytere mellom membranene bestående av tråder av polymer som danner et nett som fyller kanalen 10-50%.
17. Fremgangsmåte ifølge kravene 10-16, karakterisert ved at flere membraner pakkes sammen lagvis i moduler hvor avstanden mellom tilliggende membraner er fra 0,4 til 0,8 mm.
18. Fremgangsmåte ifølge kravene 10-17, karakterisert ved at forholdet mellom lengden av en strømningsbane til den saltholdige- og den mindre saltholdige strømmen er fra 0,3 til 1,0 mm.
19. Fremgangsmåte ifølge kravene 10-15, karakterisert ved membranen er i form av hulfiber med en ytre diameter på fra 0,05 til 0,5 mm.
20. Fremgangsmåte ifølge kravenet0-19, karakterisert ved at de semipermeable membranene har en permeabilitet for salt, B, fra den saltholdige strømmen på mindre enn 3-10"<8> m/s.
21. Fremgangsmåte ifølge kravene 10-20 .karakterisert ved at de semipermeable membranene har en vannpermeabilitet, A, fra den mindre saltholdige strømmen som er større enn 1-10"<11> m/s/Pa.
22. Fremgangsmåte ifølge kravene 10-21, karakterisert ved at trykket i den saltholdige fødestrømmen inn på membranen/membranmodulen er i området fra 6- 16 bar.
23. Anlegg for tilveiebringelse av et osmotisk forhøyet trykk, karakterisert ved at anlegget omfatter en eller flere semipermeable membraner eller membranmoduler hvor membranene omfatter et ikke-porøst materiale (diffusjonshuden) og minst ett sjikt av et porøst materiale (det porøse laget), hvor det porøse laget har en struktur hvor porøsitet <p, membranens tykkelse x (m), og tortuositet t, står i relasjon til hverandre som gitt ved uttrykket
hvor S er en strukturparameter;
og en anordning for direkte hydraulisk overføring av et osmotisk trykk.
24. Anlegg ifølge krav 23 for tilveiebringelse av elektrisk kraft, karakterisert ved at anlegget omfatter en eller flere semipermeable membraner eller membranmoduler hvor membranene omfatter et ikke-porøst materiale (diffusjonshuden) og minst ett sjikt av et porøst materiale (det porøse laget) lag, hvor det porøse laget har en struktur hvor porøsitet <p, membranens tykkelse x (m), og tortuositet t, står i relasjon tit hverandre som gitt ved uttrykket
hvor S er en strukturparameter;
og en anordning for direkte hydraulisk overføring av et osmotisk trykk, samt minst en turbin og en generator.
25. Anlegg ifølge kravene 23-24, karakterisert ved at anlegget er anbrakt i en avstand på fra 0-200 m, foretrukket fra 50-150 m, mest foretrukket 120 m fra jordoverflaten.
Priority Applications (15)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20003977A NO314575B1 (no) | 2000-08-04 | 2000-08-04 | Semipermeabel membran og fremgangsmate for tilveiebringelse av elektrisk kraft samt en anordning |
| EP09176193A EP2153881A1 (en) | 2000-08-04 | 2001-07-20 | Semi-permeable membrane |
| CA002418329A CA2418329C (en) | 2000-08-04 | 2001-07-20 | Semi-permeable membrane for use in osmosis, method for providing electric power and a device |
| ES01961437T ES2355547T3 (es) | 2000-08-04 | 2001-07-20 | Uso de una menbrana semipermeable en osmosis retardada por presión para proporcionar energía eléctrica, y planta. |
| PT01961437T PT1315554E (pt) | 2000-08-04 | 2001-07-20 | Utilização de uma membrana semipermeável em osmose retardada por pressão para se obter energia eléctrica e central eléctrica |
| DE60143439T DE60143439D1 (de) | 2000-08-04 | 2001-07-20 | Verwendung einer semipermeablen membran bei einer druckverzögerten osmose zur erzeugung von elektrischen strom, und anlage. |
| DK01961437.9T DK1315554T3 (da) | 2000-08-04 | 2001-07-20 | Anvendelse af en semipermeabel membran i trykretarderet osmose for tilvejebringelse af elektrisk strøm, og anlæg |
| AU2001282698A AU2001282698A1 (en) | 2000-08-04 | 2001-07-20 | Semi-permeable membrane, method for providing electric power and a device |
| PCT/NO2001/000314 WO2002013955A1 (en) | 2000-08-04 | 2001-07-20 | Semi-permeable membrane, method for providing electric power and a device |
| US10/343,735 US7563370B2 (en) | 2000-08-04 | 2001-07-20 | Semi-permeable membrane for use in osmosis and method and plant for providing elevated pressure by osmosis to create power |
| JP2002519087A JP5422809B2 (ja) | 2000-08-04 | 2001-07-20 | 半透膜、電力を供給する方法及び装置 |
| AT01961437T ATE487532T1 (de) | 2000-08-04 | 2001-07-20 | Verwendung einer semipermeablen membran bei einer druckverzögerten osmose zur erzeugung von elektrischen strom, und anlage. |
| EP01961437A EP1315554B1 (en) | 2000-08-04 | 2001-07-20 | Use of a semi-permeable membrane in pressure retarded osmosis for providing electric power, and plant. |
| US12/068,185 US7566402B2 (en) | 2000-08-04 | 2008-02-04 | Semi-permeable membrane for use in osmosis, and method and plant for providing elevated pressure by osmosis to create power |
| US12/488,914 US20090250392A1 (en) | 2000-08-04 | 2009-06-22 | Semi-permeable membrane for use in osmosis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20003977A NO314575B1 (no) | 2000-08-04 | 2000-08-04 | Semipermeabel membran og fremgangsmate for tilveiebringelse av elektrisk kraft samt en anordning |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20003977D0 NO20003977D0 (no) | 2000-08-04 |
| NO20003977L NO20003977L (no) | 2002-02-05 |
| NO314575B1 true NO314575B1 (no) | 2003-04-14 |
Family
ID=19911456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20003977A NO314575B1 (no) | 2000-08-04 | 2000-08-04 | Semipermeabel membran og fremgangsmate for tilveiebringelse av elektrisk kraft samt en anordning |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US7563370B2 (no) |
| EP (2) | EP1315554B1 (no) |
| JP (1) | JP5422809B2 (no) |
| AT (1) | ATE487532T1 (no) |
| AU (1) | AU2001282698A1 (no) |
| CA (1) | CA2418329C (no) |
| DE (1) | DE60143439D1 (no) |
| DK (1) | DK1315554T3 (no) |
| ES (1) | ES2355547T3 (no) |
| NO (1) | NO314575B1 (no) |
| PT (1) | PT1315554E (no) |
| WO (1) | WO2002013955A1 (no) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO20180743A1 (no) * | 2018-05-30 | 2019-12-02 | Geir Anders Evensen | Neddykket Saltkraftverk |
Families Citing this family (54)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO314575B1 (no) * | 2000-08-04 | 2003-04-14 | Statkraft Sf | Semipermeabel membran og fremgangsmate for tilveiebringelse av elektrisk kraft samt en anordning |
| NO20016012L (no) * | 2001-12-07 | 2003-06-10 | Statkraft Sf | Hydrofil semipermeabel membran |
| ES2340314T3 (es) | 2005-05-20 | 2010-06-01 | Aquaporin Aps | Membrana para el filtrado de agua. |
| WO2007033675A1 (en) * | 2005-09-20 | 2007-03-29 | Aquaporin Aps | Biomimetic water membrane comprising aquaporins used in the production of salinity power |
| NO329120B1 (no) * | 2005-12-22 | 2010-08-30 | Statkraft Dev As | Fremgangsmate og system for a utfore vedlikehold pa en membran som har halvgjennomtrengelige egenskaper |
| AU2007249304B2 (en) | 2006-05-12 | 2012-03-08 | Energy Recovery, Inc. | Hybrid RO/PRO system |
| GB0621247D0 (en) * | 2006-10-25 | 2006-12-06 | Univ Surrey | Separation process |
| CN101573173B (zh) * | 2006-11-09 | 2012-12-12 | 耶鲁大学 | 渗透式热机 |
| WO2009037515A2 (en) * | 2007-09-20 | 2009-03-26 | Abdulsalam Al-Mayahi | Process and systems |
| JP4870648B2 (ja) * | 2007-10-25 | 2012-02-08 | 株式会社荏原製作所 | 動力回収システム |
| EP2366066A2 (en) | 2008-12-03 | 2011-09-21 | Oasys Water, Inc. | Utility scale osmotic grid storage |
| US20100155333A1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-06-24 | Chevron U.S.A., Inc. | Process for dewatering an aqueous organic solution |
| US20100212319A1 (en) * | 2009-02-24 | 2010-08-26 | Mark Donovan | Method and apparatus for generating power utilizing forward osmosis |
| US20100282656A1 (en) * | 2009-05-05 | 2010-11-11 | Cath Tzahi Y | Osmotic barrier system and method |
| US20110000861A1 (en) * | 2009-07-06 | 2011-01-06 | Bear Creek Services, LLC. | Portable and Scalable Water Reclamation System and Method |
| US8545701B2 (en) * | 2009-08-18 | 2013-10-01 | Maher Isaac Kelada | Induced symbiotic osmosis [ISO] for salinity power generation |
| MX345000B (es) * | 2009-08-24 | 2017-01-12 | Oasys Water Inc | Membranas de osmosis directa. |
| AU2010319846B2 (en) | 2009-10-28 | 2015-05-28 | Oasys Water LLC | Forward osmosis separation processes |
| US9044711B2 (en) | 2009-10-28 | 2015-06-02 | Oasys Water, Inc. | Osmotically driven membrane processes and systems and methods for draw solute recovery |
| US9156006B2 (en) | 2009-12-03 | 2015-10-13 | Yale University | High flux thin-film composite forward osmosis and pressure-retarded osmosis membranes |
| US8695343B2 (en) | 2009-12-04 | 2014-04-15 | General Electric Company | Economical and sustainable disposal of zero liquid discharge salt byproduct |
| EP2510232B1 (en) * | 2009-12-07 | 2018-08-08 | Fluid Equipment Development Company, LLC | Method and apparatus for osmotic power generation |
| SG184918A1 (en) | 2010-04-22 | 2012-11-29 | Univ Nanyang Tech | Method of preparing a nanocomposite membrane and nanocomposite membranes prepared thereof |
| WO2011146936A2 (en) * | 2010-05-21 | 2011-11-24 | Adrian Brozell | Self-assembled surfactant structures |
| JP2011255312A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Fujifilm Corp | 順浸透装置および順浸透法 |
| WO2012002263A1 (ja) * | 2010-06-28 | 2012-01-05 | 協和機電工業株式会社 | 中空糸型正浸透膜 |
| JP6276590B2 (ja) * | 2010-09-30 | 2018-02-07 | ポリフェラ・インコーポレイテッド | 正浸透用の薄膜複合膜及びその作製方法 |
| KR20130101533A (ko) | 2010-10-04 | 2013-09-13 | 오아시스 워터, 인크. | 박막 필름 복합 열 교환기 |
| US9216391B2 (en) | 2011-03-25 | 2015-12-22 | Porifera, Inc. | Membranes having aligned 1-D nanoparticles in a matrix layer for improved fluid separation |
| SG193966A1 (en) * | 2011-03-30 | 2013-11-29 | Toray Industries | Concentration difference power generation device and method for operating same |
| KR20120119043A (ko) | 2011-04-20 | 2012-10-30 | 삼성전자주식회사 | 분리막, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 복합막 |
| WO2013033082A1 (en) * | 2011-08-31 | 2013-03-07 | Oasys Water, Inc. | Osmotic heat engine |
| US9339765B2 (en) | 2011-09-16 | 2016-05-17 | General Electric Company | Electrodialysis method and apparatus for passivating scaling species |
| US9227360B2 (en) | 2011-10-17 | 2016-01-05 | Porifera, Inc. | Preparation of aligned nanotube membranes for water and gas separation applications |
| WO2013078464A1 (en) | 2011-11-22 | 2013-05-30 | Znano Llc | Self-assembled surfactant structures |
| WO2013164541A2 (fr) * | 2012-05-02 | 2013-11-07 | Total Sa | Production d'energie par osmose directe |
| CN105142765A (zh) * | 2012-11-12 | 2015-12-09 | 纳格瑞美布拉尼斯公司 | 在用于渗透驱动的膜过程的膜中减少离子交换和反向盐流动现象的方法 |
| CA2896047C (en) | 2012-12-21 | 2021-04-13 | Porifera, Inc. | Separation systems and elements utilizing laterally offset membranes |
| GB201300465D0 (en) | 2013-01-11 | 2013-02-27 | Aquaporin As | A hollow fiber module having tfc-aquaporin modified membranes |
| US8974668B2 (en) | 2013-02-15 | 2015-03-10 | Maher Isaac Kelada | Hollow fiber membrane element and methods of making same |
| DK177696B1 (en) | 2013-02-25 | 2014-03-17 | Aquaporin As | Systems for water extraction |
| EP2969145A4 (en) | 2013-03-15 | 2017-01-25 | Porifera Inc. | Advancements in osmotically driven membrane systems including multi-stage purification |
| CN103172189A (zh) * | 2013-04-09 | 2013-06-26 | 中国科学院化学研究所 | 一种利用渗透能发电的装置 |
| SG10201708956RA (en) * | 2013-06-19 | 2017-11-29 | Nat Univ Singapore | Thin film composite hollow fibers for osmotic power generation |
| JP6169019B2 (ja) * | 2014-02-28 | 2017-07-26 | 株式会社東芝 | 循環型浸透圧発電のための作業媒体、循環型浸透圧発電システムおよび方法、並びに作業媒体の相制御方法 |
| WO2016070103A1 (en) | 2014-10-31 | 2016-05-06 | Porifera, Inc. | Supported carbon nanotube membranes and their preparation methods |
| WO2016159531A1 (ko) * | 2015-04-01 | 2016-10-06 | 한국에너지기술연구원 | 격자형 삼투압장치 |
| KR102531484B1 (ko) | 2015-06-24 | 2023-05-10 | 포리페라 인코포레이티드 | 정삼투를 통한 알콜성 용액의 탈수 방법 및 관련 시스템 |
| EP3263896A1 (en) * | 2016-06-28 | 2018-01-03 | Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) | Osmotic power generator |
| US11541352B2 (en) | 2016-12-23 | 2023-01-03 | Porifera, Inc. | Removing components of alcoholic solutions via forward osmosis and related systems |
| WO2019012164A1 (es) | 2017-07-12 | 2019-01-17 | Brinergy Tech., S.L. | Sistema y procedimiento para la depuración de aguas |
| WO2019027969A1 (en) * | 2017-07-31 | 2019-02-07 | Oakland University | FLUID SYSTEM |
| WO2022050007A1 (ja) * | 2020-09-03 | 2022-03-10 | 株式会社クラレ | 複合半透膜 |
| AU2022382403A1 (en) * | 2021-11-07 | 2023-09-07 | Sage Geosystems Inc. | Geopressure and geothermal power system |
Family Cites Families (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL271831A (no) * | 1960-11-29 | |||
| US3344214A (en) * | 1964-03-25 | 1967-09-26 | Univ California | Methods of preparing a semipermeable membrane |
| US3423491A (en) * | 1964-09-02 | 1969-01-21 | Dow Chemical Co | Permselective hollow fibers and method of making |
| US3497072A (en) * | 1966-05-02 | 1970-02-24 | Aerojet General Co | Reverse osmosis membrane and method of manufacture |
| US3332894A (en) * | 1966-12-06 | 1967-07-25 | Paul A Cantor | Polyvinyl carbonate desalination membrane and a method of producing the same |
| US3423310A (en) * | 1967-03-06 | 1969-01-21 | Us Agriculture | Osmotic processes and apparatus |
| US3709774A (en) * | 1970-05-13 | 1973-01-09 | Gen Electric | Preparation of asymmetric polymer membranes |
| US3763055A (en) * | 1971-07-07 | 1973-10-02 | Us Interior | Microporous support for reverse osmosis membranes |
| US3906250A (en) | 1973-07-03 | 1975-09-16 | Univ Ben Gurion | Method and apparatus for generating power utilizing pressure-retarded-osmosis |
| US3978344A (en) | 1973-11-12 | 1976-08-31 | Jellinek Hans H G | Osmosis process for producing energy |
| IL51541A (en) | 1977-02-25 | 1979-05-31 | Univ Ben Gurion | Method and apparatus for generating power utilizing pressuure retarded osmosis |
| USRE32144E (en) * | 1977-03-28 | 1986-05-13 | Reverse osmosis method and apparatus | |
| US5130025A (en) * | 1978-04-20 | 1992-07-14 | Unisearch Limited | Membrane separation and purification of compounds |
| US4283913A (en) | 1978-12-12 | 1981-08-18 | Intertechnology/Solar Corporation | Utilization of saturated solar ponds |
| JPS5853684A (ja) * | 1981-09-28 | 1983-03-30 | Kajima Corp | 浸透圧を利用した発電方法 |
| JPS6258063A (ja) * | 1985-09-06 | 1987-03-13 | Agency Of Ind Science & Technol | 濃度差発電用浸透装置 |
| US5123481A (en) * | 1986-07-09 | 1992-06-23 | Walter F. Albers | Method and apparatus for simultaneous heat and mass transfer |
| US4902417A (en) * | 1988-06-14 | 1990-02-20 | Desalination Systems, Inc. | Spiral-wound membrane cartridge with ribbed and spaced carrier layer |
| US4966708A (en) * | 1989-02-24 | 1990-10-30 | Oklejas Robert A | Power recovery pump turbine |
| US5037555A (en) * | 1990-07-09 | 1991-08-06 | Texaco Inc. | Desalination of water |
| SE470479B (sv) | 1992-09-28 | 1994-05-24 | Electrolux Ab | Membranmodul och förfarande för dess framställning |
| DE69528652D1 (de) * | 1994-06-22 | 2002-11-28 | Fls Miljoe As Valby | Vorrichtung zur massenübertragung |
| EP1098691B1 (en) * | 1998-06-29 | 2006-02-01 | Microban Products Company | Antimicrobial semi-permeable membranes |
| ES2429098T3 (es) * | 1998-07-21 | 2013-11-13 | Toray Industries, Inc. | Procedimiento de bacteriostasis o desinfección para membranas permeables selectivas |
| FR2786710B1 (fr) | 1998-12-04 | 2001-11-16 | Ceramiques Tech Soc D | Membrane comprenant un support poreux et une couche d'un tamis modeculaire et son procede de preparation |
| US6568282B1 (en) * | 1999-02-26 | 2003-05-27 | United States Filter Corporation | Method and apparatus for evaluating a membrane |
| US6313545B1 (en) * | 1999-03-10 | 2001-11-06 | Wader, Llc. | Hydrocratic generator |
| US6579457B1 (en) * | 1999-06-29 | 2003-06-17 | The Procter & Gamble Company | Liquid transport member for high flux rates between a port region and an opening |
| US6811842B1 (en) * | 1999-06-29 | 2004-11-02 | The Procter & Gamble Company | Liquid transport member for high flux rates between two port regions |
| NO314575B1 (no) * | 2000-08-04 | 2003-04-14 | Statkraft Sf | Semipermeabel membran og fremgangsmate for tilveiebringelse av elektrisk kraft samt en anordning |
-
2000
- 2000-08-04 NO NO20003977A patent/NO314575B1/no not_active IP Right Cessation
-
2001
- 2001-07-20 AT AT01961437T patent/ATE487532T1/de not_active IP Right Cessation
- 2001-07-20 EP EP01961437A patent/EP1315554B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-07-20 US US10/343,735 patent/US7563370B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-07-20 DE DE60143439T patent/DE60143439D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-07-20 CA CA002418329A patent/CA2418329C/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-07-20 DK DK01961437.9T patent/DK1315554T3/da active
- 2001-07-20 ES ES01961437T patent/ES2355547T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2001-07-20 PT PT01961437T patent/PT1315554E/pt unknown
- 2001-07-20 WO PCT/NO2001/000314 patent/WO2002013955A1/en active Application Filing
- 2001-07-20 AU AU2001282698A patent/AU2001282698A1/en not_active Abandoned
- 2001-07-20 JP JP2002519087A patent/JP5422809B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2001-07-20 EP EP09176193A patent/EP2153881A1/en not_active Withdrawn
-
2008
- 2008-02-04 US US12/068,185 patent/US7566402B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2009
- 2009-06-22 US US12/488,914 patent/US20090250392A1/en not_active Abandoned
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO20180743A1 (no) * | 2018-05-30 | 2019-12-02 | Geir Anders Evensen | Neddykket Saltkraftverk |
| NO345299B1 (no) * | 2018-05-30 | 2020-12-07 | Geir Anders Evensen | Undervannssaltkraftverk |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US7566402B2 (en) | 2009-07-28 |
| DK1315554T3 (da) | 2011-01-17 |
| JP2004505764A (ja) | 2004-02-26 |
| EP1315554A1 (en) | 2003-06-04 |
| PT1315554E (pt) | 2011-02-07 |
| EP2153881A1 (en) | 2010-02-17 |
| NO20003977L (no) | 2002-02-05 |
| WO2002013955A1 (en) | 2002-02-21 |
| CA2418329C (en) | 2010-02-02 |
| NO20003977D0 (no) | 2000-08-04 |
| ATE487532T1 (de) | 2010-11-15 |
| ES2355547T3 (es) | 2011-03-28 |
| US20080169723A1 (en) | 2008-07-17 |
| EP1315554B1 (en) | 2010-11-10 |
| CA2418329A1 (en) | 2002-02-21 |
| AU2001282698A1 (en) | 2002-02-25 |
| JP5422809B2 (ja) | 2014-02-19 |
| US20080210634A1 (en) | 2008-09-04 |
| DE60143439D1 (de) | 2010-12-23 |
| US7563370B2 (en) | 2009-07-21 |
| US20090250392A1 (en) | 2009-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO314575B1 (no) | Semipermeabel membran og fremgangsmate for tilveiebringelse av elektrisk kraft samt en anordning | |
| Xu et al. | Effect of draw solution concentration and operating conditions on forward osmosis and pressure retarded osmosis performance in a spiral wound module | |
| Straub et al. | Pressure-retarded osmosis for power generation from salinity gradients: is it viable? | |
| Achilli et al. | Power generation with pressure retarded osmosis: An experimental and theoretical investigation | |
| McGinnis et al. | A novel ammonia–carbon dioxide osmotic heat engine for power generation | |
| Kim et al. | Potential of osmotic power generation by pressure retarded osmosis using seawater as feed solution: Analysis and experiments | |
| Hickenbottom et al. | Assessing the current state of commercially available membranes and spacers for energy production with pressure retarded osmosis | |
| Charcosset | A review of membrane processes and renewable energies for desalination | |
| Madsen et al. | Pressure retarded osmosis from hypersaline solutions: Investigating commercial FO membranes at high pressures | |
| He et al. | Energy and thermodynamic analysis of power generation using a natural salinity gradient based pressure retarded osmosis process | |
| Kim et al. | Novel crossflow membrane cell with asymmetric channels: Design and pressure-retarded osmosis performance test | |
| He et al. | Thermodynamic analysis of a stand-alone reverse osmosis desalination system powered by pressure retarded osmosis | |
| Kim et al. | Practical limit of energy production from seawater by full-scale pressure retarded osmosis | |
| Higa et al. | Experimental study of a hollow fiber membrane module in pressure-retarded osmosis: Module performance comparison with volumetric-based power outputs | |
| Jiao et al. | Membrane-based indirect power generation technologies for harvesting salinity gradient energy-A review | |
| Soltani et al. | Modeling and simulation of the dual stage pressure retarded osmosis systems | |
| IL228424A (en) | Process for producing ethane for the ignition of liquefied natural gas machines | |
| Sitterley et al. | Performance of reverse osmosis membrane with large feed pressure fluctuations from a wave-driven desalination system | |
| Achilli et al. | Pressure retarded osmosis: Applications | |
| Liu et al. | Current patents of forward osmosis membrane process | |
| Mukherjee et al. | Role of thermodynamics and membrane separations in water‐energy nexus | |
| Alanezi et al. | Enhanced performance dual stage pressure retarded osmosis | |
| WO2003047733A1 (en) | Hydrophile semipermeable membrane | |
| JP2016514035A (ja) | 浸透ポテンシャルを利用する装置及び方法、並びに装置の作製及び使用方法 | |
| Ng et al. | Forward (direct) osmosis: A novel and prospective process for brine control |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CREP | Change of representative |
Representative=s name: ZACCO NORWAY AS, POSTBOKS 2003 VIKA, 0125 OSLO, NO |
|
| CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: STATKRAFT AS, NO |
|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |