Saltorkuver - Raunhæf framtíðarmúsík?

Í gær birtist á forsíðu Morgunblaðsins frétt um nýja virkjanaleið á teikniborðinu en með nýrri tækni væri hægt að framleiða um sjö terawattstundir af orku við íslenskar árósa. Slíkar virkjanir ganga undir nafninu osmósuvirkjanir eða saltorkuver en orkan fæst með í því að skilja vatn og sjó með himnum sem hafa osmótíska eiginleika og framkalla þannig mikinn þrýsting sjávarmegin við himnuna. Þrþstingurinn er síðan það afl sem er virkjað með hreyflum.

Þorsteinn Ingi Sigfússon forstjóri Nýsköpunarmiðstöðvar Íslands skrifaði grein á innsíðum blaðsins þar sem að osmósutæknin er ágætlega útlistuð og tilkynnir jafnframt um það að stofnunin ráðgeri að vinna að rannsóknum á möguelikum ósótískra virkjana hér á landi. Stofnunin hyggur á samstarf við Landsvirkjun og Statkraft í Noregi sem hefur unnið að rannsóknum á þessu sviði um árabil. Dofri Hermannssons hafði reifað möguleikana á slíkum orkverum í fyrra og hafði þá sjálfsagt kynnt sér rannsóknir Statkraft. Það er ánægjulegt að Nýsköpunarmiðstöð áformi að taka þessa nýja tækni til rækilegrar skoðunar sem framtíðarmöguleika fyrir Ísland en það liggur í augum uppi að útfærsla virkjana af þessu tagi verða ekki á dagskrá á næstu 20 árum eða svo. Niðurstöður rannsókna gætu einnig leitt í ljós að virkjanir af þessu tagi henti ekki íslenskum aðstæðum. En tíminn einn leiðir það í ljós.

Sjá nánar á vef Statkraft.

Sjá greinina „Á skal að ósi virkja“ eftir Þorstein I. Sigfússon:

Þorsteinn I. Sigfússon fjallar um osmótískar virkjanir: "Þar sem fljót mætir ósi blandast um margt ólíkir massar vatns með misjöfnu seltustigi og þar felst mikil nýtanleg orka."

ÞEGAR Einar Benediktsson skáld stóð við ósa Þjórsár vissi hann að ofar í ánni bjó mikið afl. Verkfræðingar þess tíma sáu orkuna fólgna í vatnsföllum og beislun vatnsflóðsins á fjalli. Snemma urðu til fyrstu teikningar af því sem seinna sá dagsins ljós sem Búrfellsvirkjun.

Þá var þekking á margbrotnu eðli orkunnar ekki sú sama og nú er. Við ósa er ánni þrotinn krafturinn sem faldaði hana í stríðum straumum fossa og flúða og glæddi lífi. Samt er kerfinu alls ekki þrotin öll nýtanleg orka þótt að ósi sé komið eins og ég mun nú víkja að.

Þar sem fljót mætir ósi blandast um margt ólíkir massar vatns með misjöfnu seltustigi og þar felst mikil nýtanleg orka.

Úrkoma sem einu sinni varð til við uppgufun úr sjó og landi og skilað hefur sér í regni eða snjó, flyst með straumi fljótsins til sjávar. Þannig lýkur vatnið ferli sínu og sameinast sjó á ný . Orkan í ferlinu á sér uppruna í sólargeislun og telst endurnýjanleg og í sjónum getur á ný hafist uppgufun vatnsins.

Þegar árvatnið kemur að ósnum taka við kraftar sem leitast við að blanda það sjónum, öllum nýju efnunum sem sjórinn ber í sér; og áin hættir að vera vatn – rennur í sefgrænan sæ.

Frá eðlisfræðilegu tilliti er vatnið sem einu sinni féll sem snjór – til að mynda á Hofsjökli – geymt í jöklinum sem orkuforði. Nýtanleg orka sem í því býr er einkum fallorkan sem við Íslendingar höfum nýtt með því að virkja vatnsföll og framleiða rafmagn. Eftir því sem áin nálgast sjó, ósinn, hefur hún misst þessa fallorku sem umbreytt hefur verið í raforku. En við ósinn er enný á til staðar í vatninu mikil nýtanleg orka – hér er um að ræða mismuninn í ákveðinni efnaorku árvatnsins og sjávar.

Við skulum staldra við þessar aðstæður þar sem vatn og sjór blandast.

Lax sem gengur milli ár og sjávar er búinn sérstökum búnaði af náttúrunnar hendi til þess að jafna út það álag sem líkami fisksins verður fyrir vegna breytingarinnar á salti í vatninu. Sérhæfðar frumuhimnur laxins stjórna því hvernig saltið flyst milli vatns, sjávar og vefja. Slíkar himnur eru gæddar eiginleikum sem varða svokallaða osmósu. Það er eiginleiki þeirra til þess að halda aðskildu söltu vatni og ósöltu sem krefst þess að himnan haldi þrýstikröftum í jafnvægi. Tilraunir víða um heim með vinnslu vatns úr sjó með osmósutækni hafa opnað augu manna fyrir möguleikum til virkjana.

Einn fyrsti maðurinn til þess að gera athyglisverðar tilraunir með osmósu var franski presturinn og eðlisfræðingurinn Jean-Antoine Nollet. Það var í Frakklandi árið 1784, um það leyti sem Skaftáreldar voru að slokkna hér á Íslandi. Hugsanlega hefur kveikja prestsins verið biblíusagan um að breyta vatni í vín. Hann gerði ákaflega franska tilraun þar sem svínsblaðra var fyllt af rauðvíni, og henni síðan dýft í vatnsbað með þeim afleiðingum að blaðran sprakk.

Sprengikrafturinn kom til af osmósu. Himna blöðrunnar gat veitt vatni inn, en hleypti ekki víninu út. Smám saman mynduðust þrýstikraftar inni í blöðrunni sem að lokum ollu því að veggurinn gaf sig. Í raun einkennir osmósa margs konar lífeðlisfræði frumna og vefja.

Ef vatn og sjór eru aðskilin með himnum sem hafa osmótíska eiginleika má framkalla mikinn þrýsting sjávarmegin við himnuna. Þessi þrýstingur getur numið tug loftþyngda og þar með svarað til fallhæðar vatnsins um hundrað metra. Fallhæðin í Búrfellsstöð er svipuð.

Menn hafa skilið þessa eiginleika en ekki haft yfir að ráða tækni til þess að stýra osmótískum eiginleikum vökva eins og nú hefur orðið með nanótækni þar sem smíða má himnur með sigtistærð af stærðarkvarða sameindanna sjálfra. Nú hin síðari ár virðist sem tæknin sé að verða samkeppnisfær til virkjunar rafmagns.

Osmótísk virkjun, hugsuð ofan jarðar við Ölfusárósa

Statkraft í Noregi hefur unnið að rannsóknum á osmótískum virkjunum þar sem þrýstikrafturinn saltvatnsmegin er látinn hreyfa hverfla. Fyrirtækið og vísindamenn í samstarfi við það hafa þróað himnur sem skapað geta þær aðstæður að nærri 5 vött af rafafli fást úr hverjum fermetra af himnum. Slíkum himnum má pakka þétt saman. Þessi þróun hefur orðið á nokkrum áratugum og hefur ný tnin þrjátíufaldast. Norðmenn ráðgera byggingu frumgerðar virkjunar á næstu árum. Þannig hafa vísindamenn Statkraft getað framkallað um eitt megavatt raforku á hvern sekúndurúmmetra rennslis. Það svarar til að Þjórsá gæti skilað við ós sinn um 360 MW rafafli.

Talið er að í heiminum sé unnt að virkja um 1600 TWh af osmótískri orku. Þar af eru í Evrópu um 200 TWh. Athyglisvert er að Statkraft telur að í Noregi séu um 12 TWh af osmótískri orku virkjanleg eða nærri öllu virkjuðu afli á Íslandi. Heildarafrennsli ferskvatns á Íslandi er yfir 5.000 rúmmetrar á sekúndu að jafnaði. Ef 20% af osmótískri orku Íslands væru virkjuð fengjust yfir 7 TWh af rafmagnsorku á ári hverju eða ámóta orka og Íslendingar beisluðu alls um aldamótin. Í greiningu á virkjunarkostum framtíðarinnar er annað óhugsandi en að osmótískar virkjanir komi inn í myndina. Þessi tækni gæti gert vatnsaflvirkjanir minna háðar viðkvæmni umhverfisumræðunnar.

Nýsköpunarmiðstöð Íslands ráðgerir að vinna að rannsóknum á möguleikum osmótískra virkjana hér á landi. Stofnunin hyggur á samvinnu við Landsvirkjun, Statkraft, Vatnamælingar og Raunvísindastofnun um verkefnið. Mikið verk er óunnið, til dæmis matið á því hvernig unnið verður með íslenskt jökulvatn. Eins verður fróðlegt að kynnast eiginleikum borholusjávar hér á landi. Einn möguleikinn á þróun himnutækni væri að hreinsa jökulvatn með í huga að breyta í drykkjarvatn, t.d. til útflutnings handa þyrstum heimi.

Í framtíðinni má hugsa sér að Íslendingar framleiði raforku við ósa fljóta landsins. Hugsanlega á þriðja áratug aldarinnar. Röskun umhverfisins verður væntanlega minni en við ,,virkjanir á fjalli“ og hafa tilraunir Norðmanna beinst að mannvirkjum sem jafnvel eru grafin í jörð nærri ósum. Ef til vill mætti nota um slíka virkjun ný yrðið ,,ósvirkjun“.
Við leggjum því út af hinum gömlu og fleygu orðum um að á skuli að ósi stemma – að á skuli að ósi virkja.

Höfundur er prófessor og forstjóri Nýsköpunarmiðstöðvar Íslands.

(Ina Morgunblaðið 2. janúar 2008), tekið af vef Nýsköpunarmiðstöðvar Íslands.

Mynd af vef Statkraft.