Если нужным образом направить движение морской и пресной воды, можно создать источник электроэнергии, которого хватит для жизни города-миллионника. Рассказываем, как работают осмотические электростанции и почему человечество до сих пор не использует их в промышленных масштабах.
30 декабря 2025В конце 1950-х американский химик Сидни Лёб поставил себе задачу сказочного размаха: научиться превращать «мёртвую» воду в «живую». Для этого Лёб и его коллега Шриниваса Сурираджан создали спиральную анизотропную мембрану обратного осмоса. Эта мембрана могла фильтровать морскую или загрязнённую пресную воду: пропускала через себя молекулы воды и задерживала соли, бактерии и частицы до 5 мкм.
Учёные опробовали изобретение в 1965 году в засушливом городке Коалинга. Они построили опреснительную станцию, которая очищала обогащённую минералами воду местного родника.
В дальнейшем Сидни Лёб переехал в Израиль и продолжил трудиться над улучшением мембран обратного осмоса. Благодаря его открытиям Израиль стал лидером по опреснению морской воды: сегодня 70% питьевой воды страны добывается из Средиземного моря.
Дело в процессе обратного осмоса, который изучал Лёб. Он заметил, что при прохождении пресной воды через мембрану увеличивается давление на солёную воду из-за разницы концентрации растворов. В одном растворе оказывается больше ионов, чем в другом, поэтому они стремятся к равновесию и начинают усиленно притягиваться друг к другу.
Это давление человек может использовать в своих целях. Например, для вращения турбины и выработки электричества.
На первый взгляд, это идеальный источник энергии: экологически чистый, недорогой и ресурсосберегающий. Достаточно организовать бесперебойную подачу солёной и пресной воды, поставить между ними мембрану и вырабатывать тысячи киловатт.
Но не всё так просто: мембраны Лёба были слишком дороги в производстве и не могли обеспечить мощности потока, достаточной для постоянного вращения турбины электростанции.
В начале 1980-х за дело взялись норвежские химики Торлейф Хольт и Тор Торсен. Они искали способ создавать недорогие мембраны и тестировали разные материалы, пока не остановили свой выбор на модифицированном полиэтилене.
Их мембраны привлекли внимание крупнейшего производителя возобновляемой энергии в Европе — норвежской компании Statkraft. В 2009 году компания решила рискнуть и построила в деревне Тофте первую в мире осмотическую электростанцию.
Там были установлены мембранные модули PRO (Pressure retarded osmosis) общей площадью 2 000 м², в которые подавалась морская вода из Северного моря и пресная вода из местных рек.
Проблема снова была в мембране: её средняя производительность составляла 1 Вт/м². Это не позволяло выйти на действительно серьёзные объёмы генерации электроэнергии. Поэкспериментировав со станцией несколько лет, в 2013 году менеджеры Statkraft решили закрыть проект.
Несмотря на коммерческий провал станции в Тофте, химики продолжают улучшать технологию и за последний десяток лет повысили производительность стандартных мембран обратного осмоса до 5 Вт/м².
А в 2023 году группа китайских исследователей шагнула ещё дальше: их двумерные нанофлюидные мембраны могут генерировать 10,7 Вт/м².
В отличие от мембран PRO, они производят электричество не через запуск турбины потоком воды, а напрямую из потока ионов между катионными и анионными частями мембранного модуля.
С момента создания электростанция производит 10 кВт, а в 2023 году получила грант на 5 млн долларов от нидерландского правительства и планирует поднять мощность до 16,5 кВт.
На станции используются мембраны японского производителя Toyobo, которые вырабатывают 100 кВт для промышленных работ на месторождении.
Стартап уже нашёл финансирование и в 2024 году ввёл в эксплуатацию пилотную установку OsmoRhône в месте впадения реки Роны в Средиземное море.
Создатели проекта планируют расширить пилотную установку до полноценной станции, которая будет генерировать 500 МВт.
В качестве сырья на станции используется солёный концентрат с опреснительных установок — он создаёт наибольшее давление во взаимодействии с пресной водой.
Ожидается, что электростанция сможет обеспечить электричеством весь
опреснительный завод и ещё 220 ближайших домохозяйств.
У этого способа производства электроэнергии действительно много преимуществ.
Возобновляемость и доступность ресурсов
Морская вода на планете в избытке, а работа осмотической электростанции вместе с опреснительной установкой может создать цикл воспроизводства необходимой пресной воды.
Экологичность
Никаких выбросов углекислого или других парниковых газов, а также отсутствие шума и риска радиационного заражения, минимальное влияние на экологическую обстановку вокруг осмотической электростанции.
Независимость от климата
В отличие от солнечных и ветровых электростанций, на осмотические не влияют погодные условия, время суток и сезоны года.
Минимум необходимой инфраструктуры
Классические гидроэлектростанции требуют большого перепада водного потока, для чего приходится возводить масштабные плотины.
Устройство осмотической электростанции гораздо проще: достаточно одного технического помещения с мембранами и турбиной, а также двух трубопроводов, по которым будут идти потоки пресной и солёной воды.
Но это может измениться в ближайшем будущем — с развитием технологии производства мембран.
Высокая стоимость оборудования
Снова всё упирается в мембраны. Пока что учёные могут предложить только дорогостоящие мембраны обратного осмоса. К тому же их надо регулярно заменять из-за загрязнений или повреждений от маленьких частиц, которые приносит с собой вода.
Ограниченная география применения
Для работы электростанции должны иметь постоянный доступ к источникам пресной и солёной воды. Оптимально устанавливать их в устьях рек, впадающих в моря, — но не во всех регионах возможно найти такие локации.
Потенциальный риск для флоры и фауны
Основной отход осмотических электростанций — солоноватая вода. Если руководство станции примет решение сбрасывать её в местные водоёмы, это может негативно сказаться на живущих там организмах. Но это полностью зависит от добросовестности руководства станции.
Благодаря усилиям учёных мы уже сейчас видим интерес к созданию осмотических электростанций в странах, нацеленных на экологичное производство электроэнергии.
Предприниматель Николас Хёзе (основатель Sweetch Energy) уверен, что к 2050 году 15% мировой электроэнергии будут добывать осмотические электростанции.
А значит, у человечества появится ещё одна возможность замедлить наступление всемирного экологического кризиса.
