Blue Energy: de rivieren en de zee als bronnen van energie Colofon

Transcriptie

1 Blue Energy: de rivieren en de zee als bronnen van energie Colofon Deze module is ontw ikkeld door: - Piter Jelles Gymnasium, Dhr. H. Zijlstra, te Leeuw arden - RSG Trompmeester, Mw. E.H.M. Eijkholt, te Steenw ijk - Wetsus, Dhr. J.W. Post, Dhr. J. Veerman, Mw. C. van Oers, Dhr. J.G. van Dalfsen, te Leeuw arden 1

2 Inhoudsopgave Colofon... 1 Inhoudsopgave... 2 Voorwoord Inleiding Wat je aan het eind weet Hoe werk je deze module door? Hoe wordt je beoordeeld? Startopdracht: wat is jouw voetafdruk? De zee als zonnepaneel? Klimaatproblematiek en duurzame energie De hydrologische kringloop en Blue Energy De locatie van een centrale van Blue Energy Reflectievragen en opdrachten Wat is Blue Energy eigenlijk? Enthalpie Entropie Toepassing van de twee hoofdregels Reflectievragen en opdrachten Hoe zetten we Blue Energy om in elektriciteit? Meerdere productietechnieken mogelijk Directe elektriciteitsproductie met RED Redoxreacties Reflectievragen en opdrachten Hoeveel vermogen kunnen we maken? Elektrisch circuit Elektrische geleidbaarheid van materialen Interne weerstand van RED Reflectievragen en opdrachten Onderzoek, ontwikkeling en ontwerp is teamwerk Specialisatie 1: de planoloog Specialisatie 2: de onderzoeker Specialisatie 3: de ingenieur Eindopdracht Bronvermelding URL Lijst...73 BIJLAGE: Intro experiment

3 Voorwoord We staan er niet bij stil, maar misschien is de oplossing voor het milieuvriendelijk opw ekken van energie nog dichter bij dan w e denken. We kennen allemaal de traditionele manieren van duurzame energie opw ekken, zoals; getijde-, zon-, en windenergie. Het is niet zo bekend, maar bij het mengen van zoet rivierw ater en zout zeew ater komt enorm veel energie vrij. De technologie die hiervoor gebruikt w ordt is nog in ontw ikkeling, maar in de toekomst krijgen de huishoudens van de Noord-Nederland wellicht hun elektriciteit van een energiecentrale op de Afsluitdijk. Bij de spuisluizen in de Afsluitdijk w aar IJsselw ater in de Waddenzee stroomt, w ordt zonder dat w e er bij stil staan een hoop energie verspilt. Blue Energy zoals w e deze vorm van energie noemen - op een dergelijke locatie kan een vermogen hebben van 200 MW. En w at dacht je van alle andere riviermondingen in Nederland en w ereldw ijd? Blue Energy heeft een gew eldige potentie. Als Blue Energy op grote schaal w ordt ingezet, kan er w ereldw ijd een hoeveelheid energie opgew ekt w orden, die overeen komt met 20% van het huidige verbruik. Elektriciteit opw ekken uit het mengen van zoet en zout water kan met omgekeerde elektrodialyse. Het zoute en zoete water worden in contact gebracht door ion-selectieve membranen. Het concentratieverschil duw t de ionen uit het zoute w ater door het membraan naar het zoete w ater. Het ontstane ladingstransport kan met elektroden worden omgezet naar elektriciteit. Duurzame elektriciteit nog w el, w ant de zon is wordt gebruikt als bron van energie. En hierbij komen geen broeikasgassen vrij (zoals CO 2, NO x en SO x ) bovendien zijn de grondstoffen gratis en vrijw el ongelimiteerd In deze module ga je naar de onderliggende principes van Blue Energy kijken. Belangrijke factoren die de energiew inning beïnvloeden, het ontw erp van de installatie, het effect van opschalen en de keuze van de optimale geografische locatie. 3

4 1 Inleiding 1.1 Wat je aan het eind weet. Voorkennis Wat je tot en met de vierde klas geleerd hebt bij natuurkunde, scheikunde en aardrijkskunde moet voldoende zijn om deze module te begrijpen. Natuurlijk gaan w e dieper op de stof in dan in de vierde klas en zal je nieuw e onderw erpen/begrippen krijgen die je nog niet eerder hebt gekregen, maar je hebt geen kennis nodig die je in de vijfde klas eerst nog bij een ander vak moet leren. Leerdoelen Na afloop van deze module kun je: een fysische en scheikundige verklaring geven voor het verschijnsel dat er energie vrijkomt bij het mengen van zoet en zout w ater. beschrijven hoe en w aar deze energie kan w orden omgezet naar nuttige energie (elektriciteit). beschrijven w elke partijen bij het ontw ikkelen van Blue Energy met elkaar moeten samenw erken en w at hun onderlinge relatie is. beargumenteren w aarom samenw erken, goede communicatie en een juiste houding belangrijk zijn om tot een goed resultaat te komen. je verder verdiepen in het onderw erp vanuit een gekozen vakgebied en hierover een presentatie geven. Elk vakgebied heeft zijn eigen leerdoelen In deze module komen verschillende deels overlappende - vakgebieden aan bod. Je zou ze globaal kunnen aanduiden met aardrijkskunde, scheikunde en natuurkunde. Op een van deze vakgebieden kun je, je in de tw eede helft van de module specialiseren. Iedere specialisatie heeft eigen leerdoelen. Als je, je specialiseert als planoloog (vooral aardrijkskundig) leer je te beschrijven w elke fysisch geografische factoren een rol spelen bij de locatie 4

5 bepaling van een Blue Energy centrale. En op basis hiervan kun je elke gegeven locatie beoordelen op de geschiktheid voor een Blue Energy centrale. Verder leer je hoe je deze bevindingen kunt presenteren aan je klasgenoten, w aarin je uitlegt w aarom een specifieke locatie geschikt is en hoe Blue Energy kan w orden ingepast in de omgeving. Als je, je specialiseert als onderzoeker (vooral scheikundig) leer je hoe je een onderzoek kunt opzetten en uitvoeren, w aarbij je verschillende condities onderzoekt van de w atersamenstelling (zoutconcentraties bijvoorbeeld). Verder leer je hoe je resultaten kunt presenteren aan je klasgenoten en uitleggen hoe de resultaten geïnterpreteerd kunnen w orden en welke consequenties dit heeft voor de toepassingsmogelijkheden van Blue Energy. Als je, je specialiseert als technisch ingenieur (vooral natuurkundig) leer je hoe je een rekenmodel moet opzetten w aarmee het vermogen van het systeem kan w orden berekend. op grond hiervan zoek je naar belangrijke parameters voor het verbeteren van dit vermogen (optimalisatie). Verder leer je hoe je de resultaten kunt presenteren w aarbij je klasgenoten het model kan uitleggen en hoe de resultaten uit dit model gebruikt kunnen w orden voor verder onderzoek en het technische ontw erp. 1.2 Hoe werk je deze module door? Deze module bestaat uit tw ee delen: Een Algemeen Deel (Hoofdstuk 2 t/m 5) en een Verdiepingsdeel (hoofdstuk 6). Je w erkt eerst met de hele klas het Algemene Deel door. Als het Algemene Deel afgerond is w ordt de klas in groepjes verdeeld. Deze verdeling mag je zelf in overleg met je docent - bepalen. Voor het Verdiepingsdeel w orden drie verschillende specialisaties aangeboden w aaruit jij kunt gaan kiezen. Omdat er vast meerdere klasgenoten dezelfde interesses hebben, zal elke specialisatie bestaan uit een groepje. Ieder groepje w erkt zijn specialisatie af. Dit houdt in: je voert samen de proeven uit of je maakt samen de opdrachten en je maakt samen een verslag van je specialisatie. Met behulp van Pow erpoint presentaties of posters houden jullie elkaar op de hoogte van je resultaten. Let op: soms kan het voorkomen dat je bepaalde gegevens mist, vraag dan je klasgenoten die daar mee bezig zijn om nadere uitleg. 5

6 Na afloop van de specialisatie geef je een presentatie aan je klasgenoten over je resultaten en conclusies. Ook ga je, je klasgenoten beoordelen met behulp van een beoordelingsformulier. Om de module af te ronden maak je een eindtoets, die gebaseerd is op het Algemene Deel en op je specialisatie in het Verdiepingsdeel. 1.3 Hoe wordt je beoordeeld? Je zult in deze module op tw ee manieren w orden beoordeeld. De resultaten van je specialisatie zal je moeten presenteren aan je klasgenoten. De manier w aarop je presenteert, de inhoud van je presentatie en manier van argumentatie zullen beoordeeld worden door de docent. Dit cijfer zal uiteindelijk 40% van je eindcijfer bepalen. Aan het einde van de module zal er een algemene toets w orden afgenomen. Hierin wordt je kennis van de gehele module getoetst. Dit cijfer zal ook 60% van je eindcijfer bepalen. 6

7 2 Startopdracht: wat is jouw voetafdruk? Ieder mens heeft recht op een plekje op deze w ereld. Velen vragen zich af of de w ereld niet overbevolkt is. Dit geldt vooral voor Nederland met bijna inw oners. De discussie of Nederland overbevolkt is, speelt regelmatig een rol in de Nederlandse politiek. De vraag hoeveel ruimte Nederlanders op de w ereld innemen door middel van producten en diensten, die w e overal betrekken, gaan w e liever niet aan. De productie van grondstoffen, energie, recreatieruimte en voedsel nodig voor ons dagelijks leven vindt voor een groot deel plaats buiten ons land. Gelukkig produceren w e in ruil daarvoor ook voedsel dat w e niet alleen zelf opeten, maar ook exporteren. Om uit te zoeken hoeveel ruimte w e nu per persoon innemen is het begrip voetafdruk of footprint geïntroduceerd. 1. Zoek uit w at een footprint is en bereken die van jezelf? URL 1: 2. Hoeveel ruimte is er gemiddeld voor een bew oner op de aarde? 3. Leef je op grote voet in vergelijking met de meeste mensen op aarde? 4. Hoe groot is je voetafdruk in vergelijking met de gemiddelde Nederlander? 5. In deze opdracht w ord je gevraagd naar het gebruik van groene stroom. Gebruiken jullie groene stroom? 6. De achtergrond van deze vraag is dat groene stroom en ook gas duurzame vormen van energie zijn. Daarmee beperk je het verbruik van fossiele energie. Wat zijn duurzame vormen van energie? 7

8 3 De zee als zonnepaneel? In dit hoofdstuk bestudeer je de klimaatproblematiek, de vormen duurzame energie en de betekenis van Blue Energy. Vervolgens onderzoek je aan w elke eisen een locatie moet voldoen om Blue Energy op te w ekken. 3.1 Klimaatproblematiek en duurzame energie Het broeikaseffect Het mag een w onder heten dat de temperatuur op aarde schommelt tussen de -70 en de 50 C afhankelijk van de plaats op aarde. Gelukkig komen de uitersten maar op enkele plekken voor. Veruit het grootste deel heeft temperaturen w aar de mens redelijk tot prettig in kan leven. De zon bepaalt de temperatuur in grote lijnen. Behalve van de zon komt een heel klein deel van de w armte van de aarde zelf als gevolg van processen in de aarde. De zon heeft w el periodes met meer en minder straling die daarmee de temperatuur op aarde beïnvloeden. Toch is de temperatuur op aarde redelijk stabiel. Wel zijn er in de geologische geschiedenis w armere en koudere periodes. Deze vallen tussen de bovengenoemde uitersten, maar bepalen w el of er een groter of kleiner gebied leefbaar is. Dat de aarde leefbaar is hebben w e aan de dampkring te danken. Zonder zuurstof zijn we snel uitgepraat. Zonder broeikaseffect zou het leven ook heel vervelend zo niet onmogelijk w orden. Waterdamp, CO2, methaan en andere gassen zorgen ervoor dat er een evenw icht tussen instraling van de zon, de w eerkaatsing en de uitstraling van warmte bestaat. Voor meer informatie over het broeikaseffect, zie bijvoorbeeld Wikipedia URL 2: ikipedia.nl 8

9 Figuur 1: Opw arming van de aarde Het broeikaseffect is uiterst ingew ikkeld met vele terugkoppelingseffecten. Zo neemt de verdamping toe als de temperatuur toeneemt. Daardoor ontstaan er meer w olken en neemt de instraling af. Dit noemen w e een negatief terugkoppelingseffect. Er zijn ook positieve terugkoppelingseffecten: het smelten van de poolkappen vermindert de weerkaatsing w aardoor de temperatuur nog verder toeneemt. Inmiddels is het duidelijk dat velen (onder w ie Al Gore en Leonardo di Caprio) zich zorgen maken over het versterkte broeikaseffect. De toename van broeikasgassen, zoals CO 2 en methaan, zorgt ervoor dat de uitstraling van w armte afneemt en daarmee de temperatuur van de dampkring stijgt. De toename van CO 2 is het gevolg van het verbranden van oude voorraden zonne-energie uit de geologische geschiedenis opgeslagen in de vorm van steenkool, olie en gas. Tegenstanders van de theorie van het versterkte broeikaseffect w ijzen op de variatie in de instraling van de zon. Deze hoeveelheid varieert zelfs in historische tijden. De voorstanders w ijzen op de samenloop 9

10 van de stijging van de temperatuur met de opkomst van het gebruik van fossiele brandstoffen. Tegelijkertijd laten w e enorme hoeveelheden zonne-energie ontsnappen. Per seconde ontvangt de aarde 100 biljoen kwh. Anders gezegd: de aarde ontvangt per uur zoveel zonlicht dat w e daarmee ongeveer het huidige energieverbruik van de w ereld van een jaar kunnen dekken. Zonne-energie is een duurzame vorm van energie: w e gebruiken hiervoor geen fossiele voorraden, maar maken direct gebruik van de instraling van de zon en produceren daarbij geen broeikasgassen. Het probleem is: hoe vangen we zonne-energie? Dat kan niet alleen met zonnecellen. Nu al gebruiken w e zonneenergie in de vorm van w indenergie en hydro-elektriciteit. Deze module behandelt een derde mogelijkheid w aarmee de zonne-energie kunnen gebruiken: Blue Energy. Maak nu opgave 1 aan het einde van dit hoofdstuk Duurzame energie in Nederland Voordat w e hier verder op ingaan in paragraaf 3.2, bekijken w e de situatie in Nederland. Op dit moment zijn overheden, onderzoekers en bedrijven bezig met een zoektocht naar duurzame alternatieve energiebronnen. Een van de redenen is het versterkte broeikaseffect als gevolg van verbranding, maar er zijn ook andere redenen. Zoals bekend zijn de fossiele bronnen niet echt onuitputtelijk te noemen en zullen w e binnen enkele decennia over moeten stappen op andere vormen van energie. Dat betekent dat het nu heel belangrijk w ordt (en eigenlijk al is) dat er veel aandacht besteed w ordt aan het verder ontw ikkelen van deze energievormen. Dit houdt dan dus ook (in)direct in dat er veel geld in deze sector omgaat en er dus een dubbel belang is: toekomst en huidige/toekomstige economie. Minstens zo belangrijk is het feit dat duurzame energie veel minder milieubelasting geeft omdat het zo veel mogelijk CO2-neutraal opgew ekt wordt. Dit geldt ook voor biobrandstoffen zoals bio-ethanol en biodiesel. Momenteel is de energievoorziening in Nederland nog vrijw el geheel afhankelijk van fossiele bronnen en w ordt slechts een klein gedeelte van de energie op een duurzame manier opgew ekt. In 2006 w as 2,6 procent van het totale verbruik uit duurzame binnenlandse bronnen afkomstig, tegen 2,4 procent in Het is nog niet mogelijk om 1 URL3: 10

11 voor een groot deel over te schakelen op duurzame energie maar door de ontw ikkelingen die op dit gebied ontplooid zijn kan er w el steeds een groter percentage duurzame energie ingezet w orden. Mogelijke vormen van duurzame energie zijn schematisch w eergegeven in Figuur 2. Het betreft: Aardwarmte. Diep in de aardbol lopen temperaturen op tot duizenden graden. Dat is een flinke voorraad energie, maar nog te duur om grootschalig gebruik van te maken. Warmte uit de bodem door zonlicht, gebruiken w e al w el. Een w armtew isselaar in de bodem haalt de w armte op en maakt die beschikbaar voor verw arming 2. Waterkracht. Ondanks het feit dat Nederland een (zeer) vlak land is, levert waterkracht al lange tijd een bijdrage aan de energie voorziening. Dit varieert van de eeuw en oude w atermolens in Limburg en Tw ente tot de moderne waterkrachtcentrales in de rivieren Rijn en Maas. Het geïnstalleerde opw ekkingsvermogen is zelfs een factor 3,5 keer zo groot als het geïnstalleerde vermogen aan zonne-energie 3. Toch is het niet de verw achting dat w aterkracht in de toekomst een grote rol zal spelen in Nederland. Dat w ater toch een belangrijke bijdrage kan leveren aan onze toekomstige energievoorziening, w ordt wel duidelijk als je paragraaf 3.2 leest. Zonne-energie. Het gebruik van zonne-energie is op langere termijn ook voor Nederland heel aantrekkelijk. Met de huidige techniek is nog veel ruimte nodig om zonne-energie te oogsten. Tegenw oordig is het vermogen van 1 m 2 PV-zonnecel 100 W 4. Wanneer in Nederland alle gebouw en van zonnecollectoren w orden voorzien, dan zouden w e daarmee 10 % van de huidige Nederlandse energiebehoefte mee kunnen voorzien 5. 2 URL4: 3 URL5: er.net 4 URL6: 5 URL7: 11

12 Figuur 2: Duurzame energiebronnen voor Nederland Windenergie. Naast bio-energie, is voor Nederland het gebruik van met name windenergie erg kansrijk. In 2006 stonden in Nederland ruim 1700 w indturbines die per jaar genoeg elektriciteit opw ekken om circa huishoudens van stroom te voorzien. Het aandeel duurzame elektriciteit en vooral elektriciteit uit w indenergie moet de komende jaren verder omhoog, vindt de overheid. Alleen zo kan Nederland voldoen aan de doelstelling die het van de Europese Unie kreeg opgelegd. Die doelstelling houdt in dat Nederland in procent van zijn elektriciteitsbehoefte uit duurzame bronnen opw ekt. Voor 2020 streeft het kabinet naar een verhoging van het aandeel duurzame energie tot 20 procent 6. Biomassa/biobrandstof. Er zijn brandstofcellen ontw ikkeld die gevoed w orden met afvalwater als brandstof waaruit energie gew onnen wordt zodat er nu twee voordelen 6 URL3: 12

13 ontstaan: energieopw ekking zonder extra CO 2 uitstoot en afbraak van afval waardoor de milieuvervuiling bestreden w ordt. De maatschappijen in Nederland moeten binnen 2 jaar 5,75% biobrandstof zoals bioethanol of biodiesel in hun brandstof mengen en zijn nu begonnen met het bijmengen om dit doel te halen binnen de gestelde tijd. Door deze percentages verder te verhogen kan, met een gelijk blijvende kw aliteit van de brandstof, al een veel hoger aandeel gehaald w orden in met duurzame energie in Nederland. Stortgas. Ook op stortplaatsen ontstaat biogas, het zogenaamde stortgas. In Nederland w ordt dit op tal van plaatsen opgevangen en gebruikt. Maak nu opgaven 2 t/m 4 aan het einde van dit hoofdstuk 13

14 3.2 De hydrologische kringloop en Blue Energy We stelden de vraag: hoe kunnen w e zonne-energie vangen, behalve dan met zonnecellen? Een van de manieren is door gebruik te maken van de hydrologische kringloop (zie Figuur 3). De hydrologische kringloop draait immers op basis van zonneenergie. De zon verdampt het w ater. De w ind verplaatst de w aterdamp naar de continenten w aar de waterdamp w eer condenseert en als neerslag (regen of sneeuw) terecht komt. De regen of sneeuw komt op kortere of langere termijn w eer terug naar de oceanen. Hoe lang dit duurt, is afhankelijk van het feit of de sneeuw in de gletsjers terecht komt of rechtstreeks w eer afvloeit via de rivieren. Figuur 3: De hydrologische kringloop 14

15 Hier liggen tenminste tw ee mogelijkheden om zonne-energie te gebruiken: Hydro-elektriciteit maakt gebruik van het feit dat de neerslag hoger op het continent terecht komt. De zw aartekracht is behulpzaam bij het terugw innen van deze energie. Grote turbines w orden aangedreven door vallend w ater. Het principe w ijkt niet af van de fietsdynamo, maar de hoeveelheid energie is natuurlijk veel groter. Deze hoeveelheid energie is afhankelijk van de hoeveelheid w ater en het hoogteverschil. In verband hiermee spreken w e van hoge- en lagedrukcentrales. Het bijzondere van hogedrukcentrales is dat men het w ater dan kan laten stromen w anneer de behoefte aan elektriciteit het hoogst is. Daarmee ontlast je de piekcentrales die alleen extra elektriciteit produceren als de vraag het hoogst is (meestal overdag w anneer alle bedrijven w erken). Deze pieklastcentrales zijn bovendien het duurst per kwh. Nadat w e met hydro-elektrische centrales van zonne-energie gebruik hebben gemaakt, is er een tw eede mogelijkheid om zonne-energie terug te w innen. Dit kan door de menging van zoet en zout w ater: Blue Energy. Hoe w e deze energie opw ekken en w aar dat zou kunnen is het onderw erp van deze module. Daarnaast behandelen w e een aantal technische problemen en mogelijke oplossingen van deze problemen. 3.3 De locatie van een centrale van Blue Energy Voor het opw ekken van Blue Energy zijn w e afhankelijk van een plek w aar zoet en zout water bij elkaar komen. Die plekken zijn er genoeg op deze w ereld, en zeker ook in Nederland (Figuur 4). Bij iedere riviermonding vinden w e er een. Toch is de oplossing nu ook w eer niet zo simpel, w ant op al deze plekken ontstaat onmiddellijk brak w ater waardoor de hoeveelheid energie maar beperkt is. We zullen moeten proberen de inlaat van zout en zoet w ater van elkaar te scheiden en ook de afvoer van brak w ater gescheiden van de instroom te houden. Meestal gaat zoet w ater namelijk langzaam in de monding van een rivier via brak w ater in zout water over. Er zijn in Nederland in ieder geval verschillende plaatsen w aar we zoet en zout w ater scherp van elkaar kunnen scheiden en w e hoeven daar alleen maar een afvoer van brak water te maken zonder dat het brakke w ater zich met het zoete of zoute w ater vermengt. 15

16 De eerste plek die kan w orden onderzocht zijn de spuisluizen in de Afsluitdijk. Regelmatig lozen w e hier bij eb zoet w ater in de Waddenzee. Naast de spuisluizen ligt er bovendien een pier om de scheepvaart tegen ongew enste stroming te beschermen. Toch zullen w e dit brakke w ater in de zee kw ijt moeten. Hoe verder w e dit van de inlaat van zoutw ater doen hoe kleiner het negatieve effect. Gelukkig zorgt de vloed tw ee keer per dag voor verversing van het w ater. Figuur 4: Mogelijke locaties voor Blue Energy in Nederland Maak nu opgaven 5 t/m 8 aan het einde van dit hoofdstuk 16

17 3.4 Reflectievragen en opdrachten 1. Het gebruik van fossiele brandstoffen staat onder druk. Naast het broeikaseffect zijn er nog een paar argumenten om te zoeken naar alternatieve energiebronnen. Geef er tw ee. 2. Nederland w il, dat de vormen van duurzame energie op den duur fossiele energie gaan vervangen. In het regeerakkoord van 2007 heeft de Nederlandse regering de ambities voor ons eigen land aangescherpt. Zo w il Nederland in procent minder broeikasgassen uitstoten dan in 1990, moet in procent van het energieverbruik duurzaam zijn opgew ekt en in 2020 moet dat 20 procent zijn (Europa: 10 procent). Om je een beeld te geven hoe de verdeling op dit moment is en hoe w ij aan onze elektriciteit komen, is w eergegeven in Tabel 1 en Tabel 2.. a. Leg uit w at het verschil is tussen elektriciteitsverbruik en energieverbruik. b. De doelstelling van het kabinet heeft volgens het regeerakkoord betrekking op het totale energieverbruik 7. Bereken w at de ambitie is voor 2020 in TJ en in GWh (aangenomen dat het energieverbruik gelijk blijft). c. Van de duurzame energiebronnen zon, w ind en w ater zijn vooral geschikt voor directe opw ekking van duurzame elektriciteit. Stel je voor dat alle elektriciteit duurzaam geproduceerd zou w orden (aangenomen dat het energieverbruik gelijk blijft). In hoeverre w ordt dan aan de 20%-doelstelling voldaan? d. Het gemiddelde vermogen van elektriciteitscentrales kan uitgerekend w orden door het elektriciteitsverbruik (GWh) te delen door (uur/jaar). Toch staat er circa 1,5 x meer vermogen opgesteld bij de elektriciteitscentrales, omdat w ij overdag meer gebruiken dan in de nacht. Hoeveel vermogen kunnen de centrales bij elkaar leveren? 7 Toch vindt hier enorm veel verw arring plaats (kijk maar eens op internet): betreft de doelstelling nu het energieverbruik of het elektriciteitsverbruik. Dat maakt nogal uit! 17

18 Tabel 1: Energieverbruik 2006 en Tabel 2: Elektriciteitsproductie 3. Er zijn een hoop vragen te stellen bij de doelstelling van het kabinet. Bijvoorbeeld: Hoe gaat Nederland eruit zien w anneer w e op grote schaal overschakelen op duurzame energie? Moet op de Noordzee een nieuw e infrastructuur worden aangelegd voor grootschalige w indmolenparken? En w at zijn de landschappelijke gevolgen w anneer we overschakelen op biomassa? De vormen van duurzame energie die w e op dit moment gebruiken, nemen veel ruimte in beslag. De ene vorm gebruik je meer m² dan voor de ander. Zoek uit en bereken per vorm van energie, hoeveel Watt je kunt opw ekken met 1 m². Vul de kolommen A1, A2 en A3 in van Tabel 3 aan de hand van de volgende deelvragen: a. Zonnepanelen: Gemiddeld krijgt iedere m 2 in Nederland kwh zon per jaar. Met 600 zonne-uren is het piekvermogen per m 2 ongeveer

19 kwh/m 2.jaar / 600 uur/jaar = Wp/m 2. Hiervan kan met de huidige stand van de techniek ongeveer 6% gebruikt w orden 8. Bereken nu hoeveel W/m 2 kan w orden opgewekt (A1). b. Windmolens: Het directe ruimtegebruik van w indmolens is w elisw aar klein met een voetplaat van 10x10 m. Toch moeten zij behoorlijk ver uit elkaar worden geplaatst, zo n m, om te voorkomen dat de ene molen de wind afvangt voor de volgende molen. Een vuistregel is dat een molen met een piekvermogen van 1 MWp ongeveer 25 ha nodig heeft. Bovendien moet ermee gerekend w orden dat het gemiddelde vermogen ongeveer 25% is (het waait niet altijd even hard, soms helemaal niet of soms te hard). Bereken nu hoeveel W/m 2 kan w orden opgew ekt (A2). c. Biobrandstof: De biomassa die nu in Nederland gebruikt w ordt is een restproduct. Er is alleen ruimte nodig voor opslag. Zou echter speciaal voor de energievoorziening hout w orden verbouw d, dan kost dat heel erg veel ruimte. Het is ook mogelijk om koolzaad te verbouw en. Per hectare kan ongeveer kg koolzaad w orden geoogst per jaar, goed voor liter olie. De verbrandingsw aarde (kwh/l olie) kun je opzoeken in Binas. Hoeveel kwh kun je dus per hectare en per m 2 opbrengen. Deel dit door uur per jaar (100% benutting 9 ). Bereken nu hoeveel W/m 2 kan w orden opgew ekt (A3) Wh per Wp op jaarbasis, ofwel 500 Wh/Wp.jaar / uur/jaar = 6% 9 Immers: je kunt de olie opslaan, i.t.t. w indenergie en zonne-energie. 19

20 Tabel 3: Oppervlaktegebruik van duurzame energiebronnen W/m² Ha. Landgebruik voor 20% Zon A1 B1 Wind A2 B2 Biobrandstof A3 B3 Blue Energy 4. en bereken per vorm van duurzame energie, hoeveel hectare land je nodig hebt om de doelstelling van 20% duurzame energie te behalen. We nemen aan dat dit overeenkomt met ca. 10 GW vermogen. Geef ook aan hoeveel dit is van het totale Nederlandse oppervlak. Vul je antw oord en berekeningen in de kolommen B1, B2 en B3 van Tabel 3. Wat is je conclusie? De getallen voor Blue Energy worden pas ingevuld bij de eindopdracht 5. Zoek met behulp van een atlas en de bijgeleverde bronnen geschikte plekken in Nederland. Bronnen: verdeling w ater over de rivieren en afvoer zoet water. 6. Leg uit w elk negatief effect de Westerschelde en de half open Oosterscheldedam op een Blue Energy centrale in Zeeland kan hebben? 20

21 7. De Nieuw e Waterweg is w at minder gemakkelijk geschikt te maken voor Blue Energy: het zoute w ater dringt als een w ig onder het zoete rivierw ater naar binnen. Waarom is er geen loodrechte afscheiding tussen zoet en zout w ater? 8. Waarom is het Haringvliet in natte periodes heel geschikt voor Blue Energy? Spreken deze opdrachten jou aan? Dan is de specialisatie als planoloog wat voor jou 21

22 4 Wat is Blue Energy eigenlijk? Misschien geloof je het zo w el, dat je energie kunt w innen uit het mengen van zoet en zout w ater. Maar om eraan te rekenen is het nodig om de begrippen enthalpie en entropie te begrijpen. In dit hoofdstuk leer je w at de hoofdregels van de thermodynamica zijn. En je ontdekt zelf hoe deze gerelateerd zijn aan Blue Energy en w at de potentie van Blue Energy is. 4.1 Enthalpie Bij reacties maken w e onderscheid tussen exotherme reacties (reacties waarbij energie vrijkomt) en endotherme reacties (reacties waarbij energie nodig is om de reactie te laten verlopen). Deze energie kunnen w e meten met behulp van een Joulemeter en de soortelijke w armte. Een reactie kan plaatsvinden bij constante druk of bij constant volume. Voor de meeste reacties maakt dit geen verschil, maar in sommige gevallen toch w el. Bijvoorbeeld bij reacties w aarbij één of meer gassen ontstaan. De reactieproduct(en) hebben een groter volume dan de uitgangsstoffen. Om dit grotere volume te kunnen innemen hebben de reactieproduct(en) arbeid moeten verrichten (lucht moeten w egdrukken). Deze arbeid (gemeten bij constante druk) zorgt ervoor dat er minder w armte vrijkomt (bij een exotherme reactie) of meer w armte nodig is (bij een endotherme reactie). Daarom w ordt de reactiew armte gedefinieerd als de verandering in enthalpie, H. H is de reactiew armte gemeten bij constante druk. In formulevorm: H = E + p V Waarbij de p V term in de vergelijking klein is ten opzichte van de E term. Maak de opgaven 9 en 10 aan het einde van dit hoofdstuk 22

23 4.2 Entropie Maar w aarom verloopt een reactie nu eigenlijk? Waarom verloopt de ene reactie w el en de andere reactie niet? Heeft dit te maken met het energie-effect? Exotherme reacties verlopen spontaan, mits de temperatuur voldoende is om de reactie te starten. De enige hindernis bij een exotherme reactie is de activeringsenergie (de energie die toegevoerd moet w orden om de reactie op gang te brengen (het aansteken)). Een eerste hoofdregel voor het verlopen van een reactie is dan ook: Elk systeem streeft naar lagere energie Hoe zit dit bij endotherme reacties? Kunnen deze reacties spontaan optreden? Dit kan inderdaad, bijvoorbeeld het oplossen van ammoniumnitraat in w ater is een endotherm proces dat spontaan verloopt. Bij het oplossen w ordt w armte uit de omgeving opgenomen. De energie neemt toe! In de derde klas heb je bij de molecuultheorie al geleerd dat moleculen bew egen. Een gevolg van deze bew egingen is dat moleculen het liefst overal w illen zijn. Men noemt dit een streven naar zoveel mogelijk bew egingsmogelijkheden en plaatsmogelijkheden. Meestal komt dat neer op het innemen van een zo groot mogelijk volume. Tw ee voorbeelden: Als water verdampt is, bew egen de w atermoleculen zich in een veel groter volume: het aantal mogelijkheden van plaats en bew eging is groter gew orden. Zo verspreidt een gas zich over het hele beschikbare volume: het aantal mogelijkheden van plaats en bew eging is dan groter. Een stof lost op in een vloeistof: weer is het aantal mogelijkheden voor de deeltjes van de stof groter geworden: ze kunnen zich in een groter volume bew egen. Men gebruikt de term entropie om het aantal mogelijkheden aan te geven. Een systeem heeft een grote entropie, heeft veel entropie, als de deeltjes in dat systeem veel mogelijkheden hebben. Als water verdampt neemt dus de entropie toe, ofw el: w aterdamp heeft een hogere entropie dan vloeibaar w ater. Het symbool voor entropie is S. 23

24 Wanneer bezit een systeem veel entropie? Anders gezegd: w anneer zijn er voor de deeltjes in een systeem veel mogelijkheden? Het duidelijkste en belangrijkste geval is een gas. Immers: de moleculen kunnen zich zeer goed in een groot volume bew egen. Zie hiervoor Figuur 5, w aarin de entropie van zuurstof en die van koper staan weergegeven als functie van de temperatuur. Figuur 5: De entropie van één mol zuurstof en van één mol koper als functie van de temperatuur (p = p 0 ) 24

25 Als twee systemen met elkaar vergeleken w orden om te w eten welke de hoogste entropie heeft moeten er gelet w orden op de volgende factoren: Het volume: - een mol gas heeft een veel grotere entropie dan een mol vaste stof of vloeistof; - tw ee mol gas heeft bij dezelfde temperatuur en druk een tw ee maal zo groot volume als 1 mol gas en dus een tw ee maal zo grote entropie; - lossen w e een vaste stof op in een oplosmiddel, dan neemt de entropie van die stof toe. De bewegingsmogelijkheid van de deeltjes: - Gassen hebben een veel grotere entropie dan vloeistoffen of vaste stoffen, de entropie van vloeistoffen is iets groter dan van vaste stoffen. Dit zijn de belangrijkste factoren. Het aantal deeltjes blijkt ook belangrijk te zijn, immers hoe meer deeltjes, des te groter is het aantal mogelijkheden. Entropie w ordt daarom per mol aangegeven. Bij het vergelijken van tw ee systemen is echter meestal alleen het aantal mol gas van belang, aangezien de entropie van vaste stoffen en vloeistoffen relatief klein is 10. Een tweede hoofdregel voor het verlopen van reacties is dan ook: Elk systeem streeft naar een hogere entropie Uit het oogpunt van het streven naar maximale entropie is het uit zichzelf mengen of oplossen van stoffen logisch, men noemt dit diffusie. Op den duur w orden de concentraties overal gelijk: er is dan een homogene oplossing ontstaan. Maak nu de opgaven 11, 12 en 13 aan het einde van dit hoofdstuk 10 Absolute entropieën w orden in het Binas w eergegeven in tabel

26 4.3 Toepassing van de twee hoofdregels Er zijn nu tw ee algemene regels voor het verlopen van een reactie opgesteld: I II Elk systeem streeft naar lagere energie Elk systeem streeft naar hogere entropie Als deze regels worden gecombineerd, dan zijn er drie mogelijkheden (zie ook Figuur 6). Beide regels gelden bij een proces; Géén van beide regels w orden bij een proces gevolgd; Slechts één van beide regels gelden bij een proces. Dit kan ook gekw antificeerd w orden. Voor het streven naar lagere energie is de reactieenthalpie H een maat. Voor het streven naar hogere entropie kan T S als maat genomen w orden, dus: de entropieverandering maal de absolute temperatuur. De entropie van een systeem is op zich temperatuurafhankelijk en de gekozen maat blijkt praktisch gezien goed te w erken. De formule w ordt dus, voor een spontaan verlopend systeem bij constante temperatuur en druk: H T S < 0 26

27 Figuur 6: Het principiële verschil tussen energie en entropie. In drie achtereenvolgende processen is de totale energie constant, terw ijl de totale entropie toeneemt. Andere processen kunnen niet optreden. 27

28 Mogelijkheid 1 Bij deze mogelijkheid geldt dat bij een proces of reactie zowel de energie afneemt als de entropie toeneemt. Niets staat het vanzelf verlopen van dit soort processen in de w eg; alleen de activeringsenergie is een hindernis die, eenmaal overw onnen, geen hindernis meer is. Voorbeelden van processen waarvoor dit geldt zijn: verschillende verbrandingen, explosies. Kw antitatief: H T S is altijd negatief, aangezien H negatief is en S positief. Deze processen of reacties verlopen spontaan. Alleen de activeringsenergie kan een hindernis zijn. Mogelijkheid 2 Deze mogelijkheid is dat bij een proces de energie toeneemt en de entropie afneemt. Er is geen enkele reden voor het proces om vanzelf te verlopen. Voorbeelden van dergelijke reacties zijn: omgekeerde verbrandingen. Koolstofdioxide en w ater reageren niet spontaan tot benzine; en evenmin reageren koolstofdioxide, w ater en stikstof vanzelf tot een springstof. Echter: er w orden wel explosieven geproduceerd en ook benzine w ordt gevormd. Het is namelijk mogelijk aan een systeem zoveel energie toe te voeren dat het streven naar grotere entropie van het systeem w ordt overwonnen en dat dus de entropie van het systeem, gedw ongen, afneemt. In de natuur gebeurt dat in het groot onder invloed van de zonne-energie. Het belangrijkste voorbeeld is de bekende fotosynthese. Kw antitatief: H T S is altijd positief. Een dergelijk proces kan nooit vanzelf optreden. Wèl kan zo n proces gedw ongen w orden te verlopen door voldoende energie, via een ander proces verkregen, toe te voeren. Mogelijkheid 3 Slechts één van beide regels gelden bij een proces. Dus: óf de energie neemt af, maar de entropie neemt ook af, óf de entropie neemt toe, maar de energie neemt ook toe. Een voorbeeld: A mmoniakgas w ordt gemaakt uit de elementen. Het is een exotherme reactie. (de activeringsenergie is hoog en daarom is een katalysator erg nuttig) N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) H is negatief, S is negatief 28

29 Aan de reactievergelijking is te zien dat de entropie afneemt (het aantal mol gas neemt af), dus S is negatief. Voor de ontleding van ammoniak in de elementen geldt precies het omgekeerde: 2 NH 3 (g) N 2 (g) + 3 H 2 (g) H is positief, S is positief Beide reacties kunnen gelijktijdig plaatsvinden: N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) De drijfveer achter de reactie naar rechts is de energieverlaging. De drijfveer achter de reactie naar links is de entropievergroting. Het is niet verw onderlijk dat hier een evenw ichtstoestand kan ontstaan: de evenw ichtstoestand is een compromis tussen deze tw ee drijfveren. Als het evenwicht zich heeft ingesteld gaan beide reacties even snel zodat de concentraties constant blijven (een dynamisch evenw icht). Als een evenw icht bereikt is geldt kw antitatief: H T S = 0, ofw el H = T S. De evenw ichtstoestand verschaft ons de mogelijkheid om entropieveranderingen te meten. Maak nu de opgaven 14 t/m 17 aan het einde van dit hoofdstuk Ontdek zelf hoe het zit met Blue Energy in de opdrachten 18 t/m 21 29

30 4.4 Reflectievragen en opdrachten 9. Bereken: a De volumeverandering bij de verbranding van 1 mol stearinezuur. Stel het molaire volume van gassen op 25 L (= 0,025 m 3 ). b De hiermee gepaard gaande arbeid p V. Stel p = 10 5 N m -2. c Het procentuele verschil tussen U en H voor de verbranding van kaarsvet? ( H = kj mol -1 ). 10. Eén van de functies van voedsel is het leveren van energie. Voor koolhydraten, vetten en eiw itten zijn de calorische w aarden 4,1 resp. 9,2 en 5,3 kcal per gram. a Reken deze w aarden om in kj per gram. b De verbrandingsw armte van ethanol (alcohol) is 1367 kj per mol. Reken deze w aarde om in kj per gram. Kun je alcohol energierijk noemen? 11. Hoe groot is de entropietoename ( S) als w e 12 g zuurstof verw armen van 80 K tot 180 K (p = p 0 )? 12. We verw armen 1 mol O 2 en 1 mol H 2 O van 220 K tot 400 K (p = p 0 ). De entropietoename van H 2 O blijkt veel groter te zijn dan die van O 2. Geef hiervoor een verklaring. 13. De verandering in entropie w ordt aangegeven met S. Als bij een proces de entropie toeneemt is S positief en neemt de entropie af dan is S negatief. Beredeneer of de entropie verandert en hoe deze verandert bij de volgende reacties en processen: a CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) b Ba 2+ (aq) + SO 2-4 (aq) BaSO 4 (s) c H 2 O(l) H 2 O(g) d N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) 14. Indien w e een oplossing van zilvernitraat mengen met een oplossing van ijzer(ii)sulfaat, zal zich het volgende evenw icht instellen: 30

31 Ag + (aq) + Fe 2+ (aq) Ag(s) + Fe 3+ (aq) Beredeneer op grond van entropie overw egingen, of hierbij het enthalpie-effect voor de reactie naar rechts positief of negatief zal zijn. 15. Als de temperatuur maar hoog genoeg w ordt, vallen alle moleculen uiteen in atomen. Dit proces heet dissociatie. Voor de dissociatie van Cl 2 -moleculen in de gasfase bedraagt de enthalpieverandering 243 kj mol -1. De entropieverandering voor dit proces bedraagt 109 J K -1 mol -1. a Is dissociatie van chloor bij 25 C een spontaan proces? Licht toe met een berekening. b Bereken de minimale temperatuur die vereist is om de dissociatie van chloor te laten verlopen. 16. Groene planten kunnen met behulp van zonlicht glucose maken uit koolstofdioxide en w ater. Dit proces heet fotosynthese. 6 CO 2 (g) + 6 H 2 O(l) C 6 H 12 O 6 (s) + 6 O 2 (g) a Bereken de reactie-enthalpie van dit proces. b Bereken de entropieverandering tijdens het fotosyntheseproces, als gegeven is dat de absolute entropie van glucose 212 J K -1 mol -1 bedraagt. Overige gegevens in tabel 63 van het Binas. c Bereken de w aarde van H T S voor de vorming van één mol glucose bij 25 C en 1 bar. d De bij c berekende w aarde is negatief. Verklaar w aardoor het fotosyntheseproces toch kan optreden. 17. In de onderstaande reactievergelijking w ordt ethyn omgezet in benzeen: 3 C 2 H 2 (g) C 6 H 6 (g) Ga door berekening na of dit proces bij 25 C en 1 bar kan verlopen. Ontdek zelf hoe het zit met Blue Energy in de opdrachten 18 t/m 21 31

32 18. Zout en zoet w ater mengen spontaan tot brak w ater. Menging van een liter zoet water met een liter zout w ater laat geen verandering van temperatuur van enige betekenis zien. a Wat betekent dit voor de mengenthalpie H? b Volgens w elke regel(s) mengen zoet en zout w ater dus? 19. Bij een riviermonding zien w e dus nauwelijks temperatuurseffecten. We bekijken w at er dan w el gebeurt bij een riviermonding. We volgen 1 liter rivierw ater bij het uitstromen in de zee. We nemen aan dat het rivierw ater nauw elijks zout bevat en dat in zee vooral keukenzout is opgelost. We nemen aan dat de zoutconcentratie van de zee niet verandert door de uitstroming van de rivier (lokale effecten verwaarlozen we). Verder verwaarlozen we temperatuurverschillen en dichtheidsverschillen van rivierw ater en zeewater. a Hoeveel mol w ater bevat de liter rivierw ater? b Wat is de beginconcentratie NaCl en w at is de eindconcentratie NaCl van de liter rivierw ater (mol/l)? Neem hiervoor een goede aanname van de zoutconcentratie van het zeew ater. c Lees uit de grafiek (Figuur 7) af hoe groot de entropieverandering is (J/mol.K). Bepaal hoe groot de verandering van de T S van de liter rivierw ater is (t = 15 o C). Hoeveel energie is er verloren gegaan bij het uitstromen van de liter rivierw ater (kj)? d In Nederland stroomt gemiddeld 3.3 miljoen liter zoet w ater per seconde uit in zee. Hoeveel vermogen gaat er verloren (MJ/s = MW)? 32

33 Mengentropie (J/mol.K) NaCl concentratie (mol/l) Figuur 7: Entropieverandering NaCl oplossing (bij menging met oneindige hoeveelheid geconcentreerde NaCl-oplossing) 20. Het feit dat er energie verloren gaat bij het spontaan mengen van rivierw ater en zeew ater, betekent dus dat uit het mengproces nuttige arbeid kan w orden verricht. Denk maar eens aan een w aterval, w aar ook veel energie verloren gaat die nuttig gebruikt had kunnen w orden in een w aterkrachtcentrale. Het verval tussen Lobith en Hoek van Holland is amper tien meter over een lengte van minder dan tw eehonderd kilometer. Die tien meter verval komen overeen met een w aterdruk van 1 bar. De situatie bij ons is niet te vergelijken met de verschillen die in alpenlanden gebruikt worden voor waterkracht. a Hoeveel energie gaat er verloren als een liter 250 meter naar beneden valt, zoals in een grote w aterval (kj)? b Vergelijk dit eens met het antw oord dat je hebt gegeven bij vraag 19c. Net als bij waterkrachtcentrales, w aar gebruik w ordt gemaakt van het drukhoogteverschil van het w ater bovenstrooms en het w ater benedenstrooms, w ordt bij het mengen van zoet en zout w ater gesproken over een drukverschil: het osmotische drukverschil. Hoe groot is het osmotische drukverschil van rivierw ater en zeew ater? c Vul Tabel 4 verder in. 33

34 Tabel 4: Vergelijking w aterkracht en Blue Energy Energie uit hydrologische kringloop a. Waterkracht b. Blue Energy MJ/m 3 Potentie voor Nederland (MW) 21. Voordat w e gaan kijken hoe w e dan elektriciteit kunnen maken uit het mengen van zoet en zout w ater, voeren w e de berekening van opdracht 19 nog w at preciezer uit. In opdracht 19 hebben w e namelijk verondersteld dat 1 liter rivierw ater mengt met oneindig veel liters zeew ater. Dat is natuurlijk niet haalbaar in een echte Blue Energy centrale. In de centrale mengen w e bijvoorbeeld 1 liter zeew ater en 1 liter rivierw ater. Afgeleid kan w orden dat de arbeid W (in Joule) die het proces kan leveren bedraagt: W = 2 RT C z C V z.2,3 log C z m + C r C V r.2,3 log C r m Hierbij is R de gasconstante (8,31 J/mol/K), T de temperatuur (K), V z en V r de volumes van het zeew ater en het rivierwater (liter), C z en C r de concentraties van het zeew ater en het rivierwater (mol/l) en C m de concentratie van het gemengde w ater. De factor 2 komt van het feit dat NaCl in tw ee ionen gedissocieerd is. a Stel w e mengen in de centrale 1 liter zeew ater en 1 liter rivierw ater. Wat wordt de concentratie van het gemengde w ater, C m? b Hoeveel arbeid kan geleverd w orden? Vergelijk je antw oord met opdracht 19c. c Vul de Tabel 5 in (bereken steeds eerst C m ) en bepaal w elke verhouding het beste is voor een Blue Energy centrale: 34

35 Tabel 5: Mengenergie bij verschillende mengverhoudingen V r (m 3 ) V z (m 3 ) W (MJ/m 3 W (MJ/m 3 Opmerking rivierw ater) mengw ater) 1 zie ook 19c zie ook 21b Neem voor een groot getal = oneindig Spreken deze opdrachten jou aan? Dan is de specialisatie als onderzoeker wat voor jou 35

36 5 Hoe zetten we Blue Energy om in elektriciteit? Dit hoofdstuk laat je zien met w elke technieken je zoutgradiënten kunt gebruiken om energie te w innen. Daarnaast leer je w elke techniek er achter Blue Energy schuil gaat en w at je ervoor nodig hebt om energie op te kunnen w ekken uit het mengen van zoet en zout w ater. Je leert hier ook over redoxreacties, redoxpotentialen en membraanpotentialen. 5.1 Meerdere productietechnieken mogelijk Er zijn in principe een aantal manieren om de zoutgradiënt te gebruiken voor energiew inning. We bespreken er vier: Katchalsky-machine. Een techniek die ooit is bedacht door de Israëlische biofysicus Katchalsky ( ). Hij constateerde dat sommige vezels krimpen als ze in zout w ater gelegd w orden en w eer rekken in zoet w ater. In principe is dat voldoende om een machine te bedrijven en er zijn w erkende modellen gemaakt. Een riem van collageen draait over tw ee pulley s. De schijven zijn ook met een ketting verbonden via tandw ielen met verschillende diameter. Het collageen w ordt bevochtigd door zout w ater dat het materiaal doet krimpen en door zoet w ater dat het w eer doet rekken. 36

37 Vapor Pressure Difference Utilization (VPDU) Maakt gebruik van verschillen in dampdruk. In principe maakt het gebruik van een vat met tw ee compartimenten, gescheiden door een koperen plaat. Als gevolg van dampdrukverschillen boven het zoete w ater en het zoute w ater zal een dampstroom ontstaan in de richting van het zoute w ater. In deze dampstroom zet een turbine de kinetische energie van de watermoleculen om in elektrische energie. Het verdampende w ater koelt af en via de w armtew isselaar w eer op temperaratuur gebracht door de condensatie w armte aan de zeew aterkant. De koperen plaat kan door de membraantechnoloog gezien w orden als een w armtemembraan. Pressure Retarded Osmosis (PRO) Maakt gebruik van het osmose-effect. De membranen zijn afgeleid van de gew one reverse osmosis (RO)-membranen. Het water, dat door osmose getransporteerd w ordt, drijft een turbine aan. Die w aterstraal moet een zekere kracht hebben en ook voldoende breed zijn. Het vermogen is het product van debiet en druk en is maximaal bij een druk, gelijk aan de helft van de berekende osmotische druk. Vandaar het w oord retarded in de naamgeving. Met name in Noorw egen is een kleine groep van het energiebedrijf Statkraft bezig deze techniek te onderzoeken. 37

38 Reverse Electrodialysis (RED) Alle bovengenoemde technieken gebruiken mechanische methoden om elektrische energie op te w ekken. Het kan ook zonder door gebruik te maken van Reverse Electrodialysis (RED). Het voordeel is dat de installatie geen bew egende onderdelen heeft voor de directe productie. Wel zijn er pompen nodig voor de aanvoer van zoet en zout water en voor de elektrodespoeling. Op deze techniek zullen w e daarom verder ingaan. 38