Uso dell'energia solare fatta in mare

[Stregatto]

Mi aveva incuriosito quel progetto Solar Island citato in un altro topic, progetto premiato e realizzato in scala ma che finora non ha trovato finanziatori.
A Floating Solar Island for the UAE
Fra i commenti dati in quel link ce n'è uno molto interessante riguardo al modo di fruttare l'energia prodotta: invece di produrre dell'idrogeno e trasportarlo poi a terra (idea poco pratica in verità) si potrebbe usare il vapore prodotto col sole per desalinare direttamente l'acqua di mare.
Si tratterebbe di disporre delle celle osmotiche qualche decina di metri sotto il livello del mare: le celle verrebbero svuotate con vapore in pressione, dopo di che l'osmosi le riempirebbe di acqua dolce, che il vapore pomperebbe in superficie. Una volta pompata l'acqua il vapore si condenserebbe creando spazio per altra acqua dolce.
Mi sembra un sistema semplice e geniale. Niente macchinari complessi, solo un sistema solare (a concentrazione, ci vorrebbero almeno 150°) per produrre il vapore in pressione e una serie di celle osmotiche in cui si formerebbe l'acqua dolce.
Dopo di che sarebbe facile trasportare a terra l'acqua prodotta.

NB-Tutto questo si potrebbe fare anche a terra ma l'isola permetterebbe le grandi dimensioni necessarie per avere un impianto economico

Unico punto incerto, il costo delle membrane osmotiche.
E' lo stesso problema di quell'impianto norvegese che sfrutta il salto osmotico fra l'acqua di mare e l'acqua dolce per produrre energia.

Altro punto, il rendimento dell'impianto: si tratta di confrontare l'energia solare richiesta per produrre il vapore in pressione con quella necessaria per spingere in superficie da circa 50 m. di profondità l'acqua dolce prodotta nelle celle osmotiche.
4 conti:
- il vapore saturo a 5 bar ha una densità di 2.6676 kg/mc
- per pompare 1 mc di acqua dolce contro 5 bar di battente occorrono 2.6676 kg di vapore, per produrre il quale occorrono 1344 kcal
- il lavoro meccanico teorico per pompare 1 mc di acqua in superficie è di 500 kJ cioè 120 kcal. Quindi il sistema avrebbe un'efficienza del 9% circa, valore accettabile in cambio della semplicità e del basso costo.
A me piace.

[amir]

Ma se hai del vapore, e dell' acqua di mare per raffreddarlo, non sarebbe meno complicato, per avere alla fine acqua dolce, condensarlo e lasciar perdere le membrane osmotiche?
Sempre tenendo presente che a vaporizzare acqua salata le caldaie durano poco.

E volendo comunque le membrane, non credi che l' acqua dolce salirebbe in superficie da sola (a causa della pressione osmotica), in quanto meno densa dell' acqua di mare?
Però mi pare che nel progetto norvegese era l' acqua dolce che attraversava la membrana per diluire l' acqua salata, qui come funzionerebbe? O non ho capito niente?

amir

[Stregatto]

La pressione osmotica è quella che spinge l'acqua dolce attraverso le membrane per diluire l'acqua salata e pareggiare le concentrazioni.
Per vincere la pressione osmotica e costringere l'acqua contenuta nella salamoia a passare attraverso la membrana ci vuole della salamoia a una pressione di almeno 5 bar, per l'acqua di mare.
Allora la cella osmotica dovrebbe essere a una profondità di almeno 50 m. per avere la pressione sufficiente.
Quando la cella è piena di acqua dolce bisogna poi trovare il modo di portarla in superficie e di rifare il vuoto nella cella. Si può usare una pompa oppure, come suggeriva quel tale, usare il vapore (e un pistone, immagino, per non avere contatto con l'acqua fredda e condensare il vapore; ma il concetto non mi è molto chiaro) per spingerla su. Il vapore poi condenserebbe ricreando il vuoto.

Ma sono d'accordo con te: se lo scopo è di dissalare l'acqua di mare basta un normale dissalatore multiflash, qui riscaldato con l'energia solare. Niente celle osmotiche, niente alte temperature, al limite non ci sarebbe neppure bisogno di concentrare i raggi solari. E senza concentrazione sparirebbero gli specchi orientabili e la torre con il ricevitore. Solo una distesa di pannelli piani dove passa la salamoia da riscaldare prima del flash.
Ho fatto quattro conti: riscaldando la salamoia a 90° (cosa possibile con pannelli piani e un clima favorevole) il fabbisogno di calore sarebbe di 150 kcal per ogni lt. di acqua dolce. Un mq. di pannello che assorbe 1 kW di calore solare potrebbe produrre quasi lt. di acqua dolce all'ora in condizioni ottimali, e almeno 40 lt. di acqua al giorno. Da 500x500=250.000 m² si avrebbero 10.000 mc. di acqua dolce al giorno.

NB Se invece di un dissalatore multiflash usi il calore solare per evaporare direttamente l'acqua dolce il rendimento calerebbe di 4 volte circa. Ma certo l'impianto costerebbe ancora meno.

[livingreen]

Beh, c'è da dire che anche il range di temperatura in cui lavora il multiflash è proprio l'ideale per il riscaldamento da energia solare.
Niente caldaie a vapore, quindi, se non come riscaldamento ausiliario.

Il problema è che su di un quattro effetti avrai almeno 1,5 MW di assorbimento solo per le pompe di circolazione... mettici le pompe di alimento, le torri evaporative, le centrigughe per il sale e tutto il resto, ed arrivi in fretta a 2,5 - 3 MW.
Ci vuole un fotovoltaico coi fiocchi, oppure un termodinamico.

[pulfero]

per quel po' che ricordo di chimica il peso atomico del sale, Na Cl è di 58.4 circa, mentre ve ne sono circa 40 g in un litro di acqua marina (densità 1025 kg/m3). fanno 0.68 moli per litro, cui dovrebbe corrispondere una pressione osmotica di 22.4*0.68 =15.3 bar (unità vietata per legge) 1.5 MPa. Ho avuto anni fa a che fare con un impiantino osmotico, ma le pressioni erano molto più elevate, forse i miei conti sono errati, si tratta comunque di pressioni di un certo rilievo. State parlando forse di acque salmastre?

[Stregatto]

A me risulta che la pressione osmotica è sui 25 bar e che per dissalare occorre una pressione doppia, di 50 bar (perchè la pressione aumenta con la salinità dell'acqua residua)
Desalificazione con moduli ad osmosi inversa - Lenntech

Comunque usare l'energia solare per dissalare l'acqua di mare non passa convenientemente attraverso l'osmosi inversa. Era un'idea che avevo riportato ma poco praticabile.
Comunque se volessi dissalare con l'osmosi inversa potrei fare due cose:
- o mettere la cella osmotica 500 metri sott'acqua per sfruttare la pressione dell'acqua di mare, e poi pompare l'acqua dolce prodotta contro 50 bar di battente, o spingerla in su con vapore in pressione, soluzione poco pratica
(NB-quel tale parlava di qualche decina di m. di profondità, ma si doveva essere sbagliato di uno zero, e io l'avevo preso sul serio senza fare tanti conti)
- o pompare l'acqua di mare a 50 bar al livello del mare e ottenere acqua dolce a pressione atmosferica. Evidentemente questa soluzione è più pratica

Ma la meno costosa è quella con pannelli piani dove per effetto del sole l'acqua mare evapora parzialmente e il vapore viene condensato e raccolto.
Bassi rendimenti ma minimo investimento. Con 1 km² di saline si produrrebbero 1400 mc/h di acqua dolce.

[cirowsky]

e oltretutto generalmente là dove l'insolazione è maggiore è dove i pannelli funzionano meglio e dove c'è più bisogno di acqua.
faccio anche presente che i progetti di produzione di energia solare sul mare (energyraft, energyisland) hanno come sottoprodotto acqua dolce.