Η οσμωτική ενέργεια, που δημιουργείται από τη διαφορά στην αλατότητα μεταξύ του νερού των ποταμών και του θαλασσινού νερού, αναδύεται ως μια πολλά υποσχόμενη πηγή ανανεώσιμης ηλεκτρικής ενέργειας. Σε αντίθεση με την αιολική ή την ηλιακή, αυτή η μορφή ενέργειας είναι σταθερή, «καθαρή» και φυσικά διαθέσιμη όπου τα ποτάμια συναντούν τη θάλασσα.
Τι είναι η οσμωτική δύναμη
Η όσμωση είναι η φυσική διαδικασία όπου το νερό κινείται μέσω μιας ημι-διαπερατής μεμβράνης από ένα λιγότερο συμπυκνωμένο διάλυμα σε ένα πιο συμπυκνωμένο, σε μια προσπάθεια να εξισορροπηθεί η συγκέντρωση και στις δύο πλευρές.
Φανταστείτε ένα φλιτζάνι χωρισμένο κάθετα από ένα λεπτό, ημι-διαπερατό στρώμα – εάν η μία πλευρά περιέχει αλμυρό νερό και η άλλη πλευρά καθαρό γλυκό νερό, το νερό θα ρέει προς την αλμυρή πλευρά για να το αραιώσει, επειδή το ίδιο το αλάτι δεν μπορεί να περάσει από τη μεμβράνη.
Οι οσμωτικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας χρησιμοποιούν την ίδια αρχή, τοποθετώντας γλυκό και θαλασσινό νερό εκατέρωθεν μιας ειδικής μεμβράνης, με το θαλασσινό νερό ελαφρώς υπό πίεση, όπως εξηγεί σε σχετικό άρθρο του ο Guardian.
Καθώς το νερό ρέει προς την πιο αλμυρή πλευρά, αυξάνει τον όγκο του διαλύματος υπό πίεση, το οποίο στη συνέχεια μπορεί να αξιοποιηθεί για την παραγωγή ενέργειας.
«Η οσμωτική ενέργεια είναι καθαρή, εντελώς φυσική, διαθέσιμη 24 ώρες την ημέρα σε όλες τις παράκτιες περιοχές, μπορεί να ενεργοποιηθεί σχεδόν αμέσως και να διαμορφωθεί πολύ εύκολα», εξηγεί ο Nicolas Heuzé, συνιδρυτής της Sweetch Energy, εταιρείας που εργάζεται για να φέρει αυτή την τεχνολογία σε μεγαλύτερη κλίμακα, σύμφωνα με το Παγκόσμιο Οικονομικό Φόρουμ, που πρόσφατα ανέδειξε την οσμωτική ενέργεια ως μία από τις 10 αναδυόμενες τεχνολογίες που πρέπει να παρακολουθούνται το 2025.
Η αρχή έγινε στην Ιαπωνία
Στην Ιαπωνία το πρώτο βήμα έχει γίνει ήδη καθώς λειτουργεί από τα τέλη Αυγούστου ο πρώτος της οσμωτικός σταθμός παραγωγής ενέργειας, στη νοτιοδυτική πόλη Φουκουόκα.
Είναι μόλις ο δεύτερος σταθμός παραγωγής ενέργειας αυτού του είδους στον κόσμο, και αναμένεται να παράγει περίπου 880.000 κιλοβατώρες ηλεκτρικής ενέργειας ετησίως – αρκετές για να τροφοδοτήσουν μια μονάδα αφαλάτωσης που παρέχει γλυκό νερό στην πόλη και τις γειτονικές περιοχές.
Αυτό ισοδυναμεί με την τροφοδοσία περίπου 220 ιαπωνικών νοικοκυριών, σύμφωνα με τον Δρ. Ali Altaee που επικαλείται ο Guardian, από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ (UTS), ο οποίος ειδικεύεται στην ανάπτυξη εναλλακτικών πηγών νερού.
Παρότι πρόκειται για μία αναδυόμενη τεχνολογία που, για την ώρα, χρησιμοποιείται μόνο σε μέτρια κλίμακα, έχει το πλεονέκτημα ότι βασίζεται απλώς στην ανάμειξη γλυκού και αλμυρού νερού, έτσι ώστε η ροή ενέργειας να μπορεί να συνεχιστεί μέρα και νύχτα, παρέχοντας μια σταθερή πηγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Συγκεκριμένα στην εγκατάσταση της Φουκουόκα, γλυκό νερό – ή επεξεργασμένα λύματα – και θαλασσινό νερό τοποθετούνται εκατέρωθεν μιας μεμβράνης. Καθώς η πλευρά με το θαλασσινό νερό αυξάνεται σε πίεση και μειώνεται σε αλατότητα, μέρος του νερού διοχετεύεται μέσω ενός στροβίλου που είναι συνδεδεμένος με μια γεννήτρια, παράγοντας ενέργεια.
Πού αλλού χρησιμοποιείται η τεχνολογία
Ο σταθμός της Φουκουόκα είναι ο δεύτερος του είδους στον κόσμο. Ο πρώτος κατασκευάστηκε το 2023 στο Μαριάγκερ της Δανίας από την SaltPower, αναφέρει, σύμφωνα με το βρετανικό Μέσο, η καθηγήτρια του Πανεπιστημίου της Μελβούρνης, Σάντρα Κέντις. Η εταιρεία που ιδρύθηκε το 2015 και, όπως σημειώνει το Παγκόσμιο Οικονομικό Φόρουμ, χρηματοδοτείται από την ΕΕ, παράγει ήδη ενέργεια χρησιμοποιώντας τα υπερσυμπυκνωμένα διαλύματα αλατιού που αναβλύζουν από γεωθερμικές εγκαταστάσεις.
Ο ιαπωνικός σταθμός παραγωγής ενέργειας είναι μεγαλύτερος από αυτόν της Δανίας, σύμφωνα με τον Δρ. Ali Altaee, αν και έχουν σχεδόν την ίδια λειτουργική χωρητικότητα. Πιλοτικές επιδείξεις έχουν επίσης πραγματοποιηθεί σε χώρες όπως η Νορβηγία και η Νότια Κορέα.
Σύμφωνα με τον Δρ. Ali Altaee, η UTS έχει το δικό της πρωτότυπο στο Σίδνεϊ, αλλά το πρόγραμμα έχασε έδαφος κατά τη διάρκεια της Covid. Έχει επίσης βοηθήσει στην κατασκευή πρωτοτύπων στην Ισπανία και το Κατάρ.
Δοκιμές στη Γαλλία
Μία πιλοτική εγκατάσταση γνωστή ως OPUS-1 ξεκίνησε τις δοκιμές στα τέλη του 2024 στις εκβολές του Ροδανού, στη Γαλλία. Η εγκατάσταση έχει σχεδιαστεί για να δείξει πώς τα οσμωτικά συστήματα μπορούν να λειτουργούν υπό πραγματικές συνθήκες.
Σε αυτή την περίπτωση, οι σωλήνες διοχετεύουν γλυκό και θαλασσινό νερό. Μια ελεγχόμενη ροή, μέσω επιλεκτικών μεμβρανών, επιτρέπει την παραγωγή ιοντικού ρεύματος — του βασικού μηχανισμού πίσω από τη μετατροπή της οσμωτικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια.
Εάν αναπαραχθούν ευρύτερα στις εκβολές του Ροδανού τέτοιες εγκαταστάσεις, θα μπορούσαν να παρέχουν έως και 500 μεγαβάτ ηλεκτρικής καθαρής ενέργειας, η οποία θα μπορούσε να τροφοδοτήσει περισσότερους από 1,5 εκατομμύριο ανθρώπους, σύμφωνα με την Sweetch, πρωτοπόρα εταιρεία τεχνολογίας του Παγκόσμιου Οικονομικού Φόρουμ. Αυτό ισοδυναμεί με τον πληθυσμό της Μασσαλίας στη νότια Γαλλία και την μητροπολιτική της περιοχή.
Σχετικά με τις γεωγραφικές ευκαιρίες: Η Sweetch αναφέρει, σύμφωνα με το Παγκόσμιο Οικονομικό Φόρουμ, ότι διερευνά παρόμοιες ευκαιρίες στις ΗΠΑ και την Ασία, όπου οι οσμωτικοί πόροι είναι σημαντικοί.
Σύμφωνα με εκτιμήσεις του Dubai Future Foundation, τα οσμωτικά συστήματα θα μπορούσαν τελικά να παράγουν σχεδόν το ένα πέμπτο των παγκόσμιων αναγκών ηλεκτρικής ενέργειας — περίπου 5.177 τεραβατώρες (TWh) ετησίως.
«Σε παγκόσμιο επίπεδο, και ιδιαίτερα σε περιοχές πλούσιες σε αλάτι όπως η Αυστραλία και η Μέση Ανατολή, όπου η πρόσβαση σε υφάλμυρο ή θαλασσινό νερό υπερβαίνει την πρόσβαση σε γλυκό νερό, αυτά τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας έχουν τεράστιο δυναμικό για την παραγωγή ενέργειας βασικού φορτίου και καθαρού νερού», σημειώνει η Δρ. Katherine Daniell, Διευθύντρια της Σχολής Κυβερνητικής του Εθνικού Πανεπιστημίου της Αυστραλίας.
Πέρα από τις διαδικασίες αδειοδότησης και τις αποτελεσματικές αξιολογήσεις περιβαλλοντικών και κοινωνικών επιπτώσεων, υπάρχουν σχετικά λίγα εμπόδια – τεχνικού και οικονομικού χαρακτήρα – για την ευρεία υιοθέτηση, μόλις γίνουν επαρκείς οικονομικές επενδύσεις σε οσμωτικά συστήματα ενέργειας.
Από το εργαστήριο στην παραγωγή
Η έννοια των οσμωτικών συστημάτων ενέργειας δεν είναι καινούργια καθώς «βρίσκεται στο επίκεντρο των ακαδημαϊκών και των βιομηχανικών εταιρειών από τη δεκαετία του 1950», σύμφωνα με τον Heuzé της Sweetch Energy.
Κάθε χρόνο, σχεδόν 30.000 TWh οσμωτικής ενέργειας – περισσότερο από την παγκόσμια ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας – απελευθερώνεται από τα δέλτα και τις εκβολές των ποταμών, εκτιμά η Sweetch.
Κατά τη δεκαετία του 1970 έγιναν προσπάθειες αξιοποίησης αυτής της οσμωτικής ενέργειας, η οποία διαφορετικά θα διαλυόταν, αλλά δεν εμπορευματοποιήθηκε, καθώς οι μεμβράνες, που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή του ιοντικού ρεύματος που απαιτείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, ήταν αναποτελεσματικές και παρήγαγαν μόνο μικρές ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας.
Ωστόσο, οι νέες επιστημονικές ανακαλύψεις και οι ευρεσιτεχνίες υλικών έχουν αυξήσει τη δυνητική βιωσιμότητα των οσμωτικών συστημάτων ενέργειας τα τελευταία χρόνια, δήλωσε ο Daniell σε συνέντευξή του στο The Innovator, που επικαλείται το άρθρο του Παγκόσμιου Οικονομικού Φόρουμ.
Πηγή έμπνευσης για την τεχνολογία της Sweetch Energy υπήρξε η ανακάλυψη ερευνητικής ομάδας στο εργαστήριο Φυσικής της γαλλικής École Normale Supérieure, υπό τη διεύθυνση του Lydéric Bocquet.
Αντί να επικεντρωθεί αποκλειστικά στα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των μεμβρανών, εξέτασε τη νανορευστομηχανική. Τα πρώτα πειράματα χρησιμοποίησαν έναν μοναδικό νανοσωλήνα τοποθετημένο στη διασταύρωση δύο δεξαμενών αλμυρού και καθαρού νερού κατά τη διάρκεια της ιοντικής μεταφοράς.
Το πιο σημαντικό μάθημα που αντλήθηκε από αυτά τα πειράματα ήταν να προταθεί μια διαφορετική οδός για τον σχεδιασμό μεμβρανών με βάση τη βέλτιστη οσμωτική μεταφορά σε νανοκλίμακες.
Ανταγωνιστικός στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας
Ο Heuzé και οι συνιδρυτές Bruno Mottet και Pascal Le Melinaire προσέγγισαν τον Bocquet για την εμπορευματοποίηση της τεχνολογίας και η Sweetch Energy ξεκίνησε το 2015.
Η ομάδα αφιέρωσε τα επόμενα έξι χρόνια αναπτύσσοντας μια νέα μεμβράνη που θα μπορούσε να αναπαράγει την αποτελεσματική νανοδιάχυση που δημιουργήθηκε στο εργαστήριο, με υλικά χαμηλού κόστους, βιώσιμα και εύκολα βιομηχανοποιήσιμα.
Το αποτέλεσμα ήταν ένας νέος τύπος νανοπορώδους μεμβράνης: η μεμβράνη INOD (Ιονική Νανο-Οσμωτική Διάχυση), κατασκευασμένη από φυσικά υλικά που βρίσκονται παντού στη Γη και χρησιμοποιούνται ευρέως σε άλλες βιομηχανίες. Σε συνδυασμό με ιδιόκτητα συστήματα ηλεκτροδίων, αυτές οι μεμβράνες συνδυάζουν υψηλή εκλεκτικότητα ιόντων και υψηλή μεταφορά ιόντων, επιτρέποντας την παραγωγή περισσότερης ενέργειας.
Οι μεμβράνες INOD χρησιμοποιούνται τώρα στην πρώτη πιλοτική εγκατάσταση για την παραγωγή οσμωτικής ενέργειας στο δέλτα του Ροδανού στη Γαλλία.
Στόχος είναι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας 24 ώρες την ημέρα και η επίτευξη κόστους 100 ευρώ ανά μεγαβατώρα έως το 2030, ανταγωνιστική με τις κύριες πηγές βασικού φορτίου όπως η πυρηνική ενέργεια, ο άνθρακας και το φυσικό αέριο (εκτός από το φυσικό αέριο στις Ηνωμένες Πολιτείες) και φθηνότερη από άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας σε συνδυασμό με μπαταρίες.
Πέρα από την ενέργεια
Μόλις η τεχνολογία κλιμακωθεί, οι εταιρείες κοινής ωφέλειας θα μπορούσαν να αναπτύξουν υβριδικά ανανεώσιμα συστήματα που συνδυάζουν την οσμωτική ενέργεια με τεχνολογίες αιολικής, ηλιακής και υδροηλεκτρικής ενέργειας, ενισχύοντας την τοπική ενεργειακή ανθεκτικότητα.
Η οσμωτική ενέργεια έχει επιπτώσεις που ξεπερνούν την ηλεκτρική ενέργεια. Οι τεχνολογίες οσμωτικής ενέργειας θα μπορούσαν να επιτρέψουν νέες προσεγγίσεις στην αφαλάτωση, ανακτώντας παράλληλα κρίσιμους πόρους όπως το λίθιο κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, σύμφωνα με το Dubai Future Foundation που εκτιμά ότι αυτό θα μπορούσε να δημιουργήσει διασυνδεδεμένα συστήματα όπου η διαχείριση του νερού, η παραγωγή ενέργειας και η εξόρυξη πόρων ενσωματώνονται σε βάθος.
Αυτές οι εφαρμογές υποδηλώνουν ότι τα οσμωτικά συστήματα θα μπορούσαν να διαδραματίσουν ευρύτερο ρόλο στη βιώσιμη διαχείριση των πόρων, συνδέοντας την ενέργεια, το νερό και τα υλικά με νέους τρόπους.
Ενώ εξακολουθούν να υπάρχουν προκλήσεις, όπως οι περιβαλλοντικές αξιολογήσεις, τα κανονιστικά πλαίσια και οι υποδομές, η επιστήμη και τα πρώιμα πιλοτικά έργα δείχνουν ότι η οσμωτική ενέργεια μπορεί σύντομα να συμπληρώσει την αιολική, την ηλιακή και την υδροηλεκτρική ενέργεια ως αξιόπιστη πηγή ανανεώσιμης ενέργειας.
