PROTOTYP: Om noen måneder åpner Statkraft et lite prototypanlegg for generering av saltkraft på Hurum (Bilde: Statkraft)
SALTKRAFT: Et saltkraftverk kan produsere elektrisk strøm ved å utnytte det osmotise trykket mellom saltvann og ferskvann som vi finner i elveutløp (Bilde: Statkraft)

Saltvann + ferskvann = strøm

Prototyp

Statkraft er i ferd med å bygge verdens første prototyp saltkraftverk på Tofte. Det vil bli et lite anlegg som vil bruke 20 liter sjøvann og 10 liter ferskvann i sekundet. Det vil være nok til å produsere mellom 2 og 4 kW kontinuerlig.

Etter hvert som membranteknologien utvikles videre er målet å få ut rundt 10 kW av et anlegg på denne størrelsen. Det er basert på en membranytelse på 5w/m 2.

Osmose

Osmose baserer seg på en iboende kraft mellom to væsker av ulik konsentrasjon, altså en kjemisk potensialforskjell mellom de to løsningene.

Potensialforskjellen avhenger av konsentrasjon, trykk og temperatur i løsningene. Osmose er et helt sentralt prinsipp for veskestrøm gjennom celleveggene i kroppen.

Prinsippet for osmose er at en væske, som vanligvis er vann, diffunderer, eller trenger gjennom, en semipereabel membran fra siden med høy konsentrasjon til siden med lav konsentrasjon.

Med lav konsentrasjon menes at det er mindre vann i saltvann enn i ferskvann. Ikke større forskjell enn to til tre prosent, men nok til å drive en osmotisk strøm fordi ferskvann har høyere kjemisk potensial enn saltvann.

Tenk deg en hermetikkboks full av saltvann med en membran i den ene enden. Her kan små vannmolekyler passere, men ikke saltet. Likevektsprinsippet prøver å utligne forskjellen i konsentrasjon. Det vil si at ferskvann prøver å tynne ut saltvannet. I løpet av en stund vil ferskvann passere gjennom membranen, og trykket øker i boksen. Dette er prinsippet for osmose.

Mange vil nok bli overrasket over å høre at trykket vil stige til mer enn 12 bar før vannstrømmen stopper. Like mye som en vannsøyle (hydrostatisk trykk) på 120 meter. Det osmotiske trykket mellom ferskt og vanlig saltvann er faktisk på hele 25 bar, men så mye kan ikke utnyttes.

Ikke ny idé

Slik kan det bli strøm av, og det er akkurat det Sintef og Statkraft ønsker å få til. Kan vi tappe det osmotiske potensialet i ferskvannet som renner ut i det salte havet, kan det høstes veldig mange TWh. Ideen er ikke ny, og det første konseptet ble foreslått allerede på 70-tallet. Sintef har drevet utvikling siden 90-tallet.

Det er flere prinsipper for å hente ut elektrisk kraft fra forskjellen salt og ferskt vann, hvorav noen baserer seg på osmose. Allerede på 70-tallet ble det utviklet teknologi for å bruke membraner til avsalting av sjøvann. Denne metoden er veldig utbredt i dag, og prinsippet kalles omvendt osmose.

Saltvannet presses gjennom membranen med et trykk som er omtrent det dobbelte av det osmotiske trykket som virker andre veien. Omvendt osmose til avsalting har medført at det er bygget opp stor produksjon av membraner.

Lignende teknologi kan potensielt brukes til å lage membraner for kraftproduksjon.

Stort potensial

Beregninger viser at potensialet for saltkraft er veldig stort om vi klarer å utvikle teknologien slik at det blir økonomisk. Der elver renner ut i salt havvann, er det mulig å høste strøm fra differansen i salinitet.

Statkraft har beregnet at vi kan produsere rundt 12 TWh årlig her i landet, og det årlige potensialet globalt er på mellom 1600 og 1700 TWh. Statkraft har beregnet at et anlegg på størrelse med Ullevål stadion, som gjerne kan legges under bakken ved et elveutløp, kan forsyne 10 000 husstander med strøm.

Saltkraft avgir ingen forurensninger og vil kunne produsere kraft kontinuerlig så lenge det er vann i elva. Det betyr at slik kraft kan være viktig basisproduksjon i forhold til andre fornybare kilder som vind- og solkraft, som er avhengig at det blåser og at solen skinner.

Vannkraft

For å skape elektrisk energi fra potensialforskjellen mellom salt- og ferskvann må trykkforskjellen utnyttes i en turbin. For å få stor nok strømproduksjon trengs det også en stor volumstrøm. Det er lettere sagt enn gjort fordi det krever enorme arealer av membran.

Volumstrømmen per kvadratmeter er ganske beskjeden med dagens membraner, men det arbeides for å øke denne.

Membran

Det er selve membranen som er den vitale teknologien i saltkraft. En osmotisk membran er veldig tynn, rundt en tiendedels mm. Den lar de små vannmolekylene passere, men klor og natrium i det løste saltet stoppes. Membranen er bygget opp på et porøst støttesjikt, gjerne i form av polymerduk. Selve det osmotiske sjiktet er bare mellom 50 til 100 nanometer. Et alternativ er såkalte fibermembraner i form av en slags hul spagetti med en diameter på rundt 0,2 mm.

Utfordringen er å lage membranene billige nok og lage dem med størst mulig vanngjennomstrømning. Dessuten må de pakkes i membransystemer slik at det skapes størst mulig flate per volumenhet.

Effektive konstruksjoner kan gi opptil 1000 m 2 membranflate per m 3 hvor membranene monteres med en avstand på en halv til en mm mellom hverandre.

Kraftverket

Prinsippet bak saltkraft er ganske enkelt. Det utnytter det osmotiske trykket som oppstår når ferskvann presser seg gjennom en membran for å tynne saltvannet på baksiden. Rundt 80 prosent av ferskvannet går gjennom membranen, og det forbrukes omtrent dobbelt så mye saltvann som ferskvann. Hele anlegget må være trykksatt. Derfor vil pumpene som leverer ferskvann og saltvann bruke noe av energien som produseres av turbinen.

Noe av trykkenergien kan gjenvinnes i en trykkveksler i brakkvannsutløpet fra den salte siden. Det er mer effektivt enn å la pumpene drive all trykkøkningen. Grovt sett er det altså energien fra turbinen minus energien som går med til å drive vannpumpene som er energiutbyttet fra anlegget. I fremtiden håper forskerne det skal være mulig å nærme seg et energiutbytte på 1 MW fra en vannstrøm på 1 m 3/s.

Kilder: Torleif Holt, Sintef og Stein Erik Skilhagen, Statkraft