Spørg Scientariet: Skabes der energi, når ferskvand løber ud i havet?
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Spørg Scientariet: Skabes der energi, når ferskvand løber ud i havet?

Illustration: davebs / Bigstock

Vores læser Bent Rendal spørger:

Jeg har læst, at når saltvand og ferskvand møder hinanden, opstår der energi, som kan udvindes gennem et osmose-kraftværk.

Hvordan ytrer den energi sig, når en ferskvandsflod løber ud i havet?

Henrik Tækker Madsen, Ph.d. hos Applied Biomimetic, svarer:

Den mængde energi, der kan omsættes til arbejde, kaldes Gibbs fri energi, og den består af to dele: Entalpi og entropi.

Læs også: Spørg Scientariet: Hvorfor opvarmer vi ikke vandet i undergrunden?

Entalpi er et mål for den energi som molekylerne i et ’system’ indeholder, og det bruges typisk til at beregne om en kemisk reaktion (som f.eks. fortynding af saltvand med ferskvand) vil afgive varme (eksoterm) eller optage varme (endoterm).

Entropi-delen dækker populær sagt over ændringen i graden af orden i systemet. Jo højere entropi, desto større uorden.

Når ferskvand løber ud i det salte hav, går vi fra at have to adskilte opløsninger, hvor saltet primært befinder sig i den ene (havvandet) til at have en blanding, hvor saltet er jævnt fordelt i alt vandet.

Et system, hvor saltet er ligeligt fordelt i alt vandet, er mere ’uordenligt’ end et, hvor alt saltet befinder sig i den ene del af vandet. Det vil sige, at entropien øges ved blanding af fersk- og saltvand.

Ændringen i entalpi er omvendt meget lille, fordi det primære salt i havvand er natriumklorid (NaCl), og den frigivne energi ytrer sig dermed primært som en stigning i entropien. Det har betydning for, hvor intuitivt energipotentialet ved sammenblanding af fersk- og saltvand kan observeres.

Læs også: Spørg Scientariet: Hvorfor har verdenshavene ikke blandet sig og fået samme saltindhold?

Som observatør ser vi blot, at der dannes brakvand, uden at vandet ændrer temperatur. For de flestes vedkommende forbindes processer, hvor entropien ændrer sig, ikke intuitivt med energi, mens det modsatte gælder for processer, hvor temperaturen ændres.

Kort sagt: Er der ikke store ændringer i entalpien, forbinder vi ikke processen med energiændringer.

Fortynding/sammenblanding kan lede til store ændringer i temperatur. Hvis saltet i havene for eksempel bestod af ammonium-salte, ville man se en stor ændring i temperaturen, da fortyndingen af denne type salte er en eksoterm proces, dvs. en kemisk eller fysisk reaktion, som frigør energi (heat of dilution).

Entalpiændrigen skyldes, at der er en større forskel i energi for hhv. ionbindingerne, bindingerne mellem vandmolekyler og bindingerne mellem ionerne og vandmolekyler.

Disse forskelle gør, at der enten frigives eller optages energi (entalpiændring), når saltopløsningen fortyndes. Vi ser det f.eks. i knækposer, som køler (optager energi), når de knækkes.

Læs også: Danfoss-boss: Geotermi­vand er den tredje vedvarende energiform

Det er ikke kun ammoniumsalte, der kan føre til entalpiændringer. Andre eksempler er calciumklorid og natrium/kaliumnitrat. Under alle omstændigheder er eksemplet helt hypotetisk, idet havvand på Jorden primært udgøres af NaCl. De næsthyppigste ionforbindelser er typisk MgSO4 og CaSO4.

Det er næsten altid NaCl som anvendes i osmosekraftværker. Det skyldes allestedsnærværelsen af NaCl, men skulle man finde højkoncentrerede opløsninger, bestående af andre salte, ville disse også virke i et osmose-kraftværk.

Det er også muligt at anvende kunstigt fremstillede saltopløsninger, og her kan man bl.a. bruge en ammoniumopløsning til at lave en variant af osmose-kraftværket, hvor varme omdannes til elektricitet.

Men ellers må man bruge den NaCl, man har til rådighed. I vores tilfælde bruger vi geotermisk saltvand, og dette vand består, ligesom havvand, primært af NaCl. Desuden så er det nuværende design lagt an på at udnytte entropidelen af energien (det osmotiske tryk).

Læs også: Spørg læserne: Kan vi afsalte havvand og vande ørkenerne?

Grunden til, at det giver noget i et kraftværk og ikke i naturen, er, at vi indsætter en semipermeabel, dvs. halvgennemtrængelig, membran mellem fersk- og saltvandet. Denne membran tillader, at det osmotiske tryk kan opbygges og bruges til at udvinde energi.

Det er kun vand, som kan bevæge sig gennem membranen, og dermed får vi skabt et ensrettet flow, drevet af entropi. Uden membranen vil salt og vand diffundere tilfældigt i alle retninger.

For at kunne omsætte en bevægelse af ioner/molekyler til arbejde, kræver det, at de bevæger sig i samme retning, da de ellers vil udligne hinanden (lidt ligesom ved tovtrækning).

Uden membranen svarer det til, at tovtrækkerne hiver lige meget i begge ender af rebet, og selvom de hiver mere og mere (energien øges), så flytter rebet sig ikke (intet arbejde kan udføres).

Med en membran flytter vi alle tovtrækkerne om på samme side, og rebet kan rykkes (arbejde laves).

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Entropi er virkelig et af de fænomener, som man kan synes at man forstår, for så at genopdage det i en anden sammenhæng, hvor det afslører endnu dybere hemmeligheder, for så at opdage det igen igen, og få endnu dybere indsigt osv.

  • 3
  • 0

Tak for et grundigt svar, men jeg undrer mig lidt over konklusionen. Forskellen mellem naturen og et kraftværk er vel om energien bliver udnyttet, ikke om den bliver frigivet, den kan jo ikke bare forsvinde. Rent intuitivt ville jeg mene at når vandet blandes og der dermed sker en stigning i entropien så sker der samtidig en opvarmning.

I begge scenarier, naturen og et kraftværk, er slutresultatet det samme, nemlig blandet vand. Det virker ulogisk at man i det ene scenarie skulle stå med noget frigivet energi, men ikke i det andet.

  • 0
  • 0

Norge, sammen med Island og Licthenstein (restene av EFTA) har sammen med EU - European Economic Agreement(EEA). Den gir EFTA landene nærmest full tilgang til EU -markedet, inkludert FoU programmene. Norge betaler på linje med EU landene for å være med på dette, og får da også støtte på samme måte som fulle EU medlemer.
Norge forplikter seg gjennom EEA avtalen å følge alle regulations og directives som har EEA relevans (ikke relevant er fiske og landbruk, samt deler av energi). Norge er derfor meget tett knyttet til EU, men har ikke stemmerett i noen organer.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten