Hvarvetna þar sem vatn rennur til sjávar á sér stað dularfull atburðarás. Þegar ferskvatnið mætir sjónum leysist úr læðingi efnaorka – orka sem til þessa hefur farið til spillis. En vel má nýta þessa orku. Fyrsta saltorkuveri heims er ætlað að sanna það.

Saltorkuverið verður vígt í lok ársins. Það er stofnað í tengslum við pappírsverksmiðju í Hurum suður undan Osló og verksmiðjan mun nýta orkuna. Ráðgert er að framleiðslan nemi 10 kW, sem er vissulega harla lítil framleiðsla – en engu að síður getur orkuverið rutt brautina fyrir nýja og umhverfisvæna orkuuppsprettu.

– Þetta er spurning um frumkvöðlastarf þar sem megin markmiðið er að sýna fram á að tæknin virkar, útskýrir framkvæmdastjórinn Stein Erik Skilhagen frá Stadkraft, norska fyrirtækinu sem hefur unnið að þróun þessarar nýjungar síðasta áratug, m.a. með styrk frá ES. Fram til þessa hefur vinnan farið fram í rannsóknarstofum, en ef þessi frumgerð virkar jafnvel og vísindamenn vonast til er Stadkraft reiðubúið að láta slag standa og byggja stórt orkuver við mynni einnar af hinum mörgu ám í Noregi. Hvaða á verður fyrir valinu er ekki enn ákveðið.

Á næsta áratug er vænst að saltorka geti orðið mikilvæg um gjörvallan heim, enda möguleikarnir feiknarlegir. Saltorka getur t.d. uppfyllt um tíunda hluta af rafmagnsnotkun í Noregi, samkvæmt útreikningum, og á heimsvísu mætti uppskera allt að 1600 TWh.

Gríðarlegir kraftar í gangi við himnuflæði

Saltorka grundvallast á því efnafyrirbæri er nefnist himnuflæði (osmósa). Þegar saltvatn kemst í snertingu við ferskvatn dregur saltvatnið það ferska til sín af miklu afli. Þetta gerist til að jafna mun í seltu, þar sem náttúran sækir að hlutleysi. Himnuflæði er útbreitt fyrirbæri sem hefur ekki síst afgerandi þýðingu fyrir allt sem lifir. Það er t.d. himnuflæði sem fær vatnssameindir og sölt til að fara inn og út úr okkar eigin frumum.

Osmótískur þrýstimunur milli saltvatns og ferskvatns er svo stór að fræðilega samsvarar það þyngdar á 270 m hárri vatnssúlu. Í reynd er það þó einungis einn þáttur þrýstimunarins sem unnt er að nýta. Það gerist með því að skilja ferskvatnið frá hinu salta með afar þurri himnu. Möskvarnir í himnunni eru svo þunnir að þeir hleypa einvörðungu vatnssameindum í gegn, en hindra aðgang stærri saltjóna. Þetta felur í sér að vatnssameindir úr ferskvatninu streyma í gegnum himnuna meðan söltin haldast til baka. Með þessum hætti eykst vatnshæðin og þar með þrýstingur á saltari hliðinni og nokkuð af umframflæði undir þrýstingi má senda í gegnum túrbínu, sem framleiðir rafmagn. Túrbínan er alveg hliðstæð þeim sem þegar eru notaðar í þúsundum vatnsorkuvera um heim allan. Fyrir utan himnurnar er öll tækni í saltorkuveri vel þekkt.

Hugmyndin um að nýta seltumun kom fram upp úr miðri síðustu öld, en þá var orka svo ódýr að vísindamenn lögðu hana strax á hilluna. Rykið var síðan dustað af henni þegar olíukreppan skall á upp úr 1970 en himnur þess tíma voru bæði dýrar og endingarlitlar. Einn fermetri af filmu gat gefið af sér 0,1 W og það var svo lítið að litið var á aðferðina sem eins konar skringifyrirbæri.

Vísindamenn sáu vissulega að fræðilega var þarna á ferðinni gríðarlegt orkumagn en uppskeran reyndist ekki erfiðisins virði. Það kom samt ekki í veg fyrir að lítill hópur þrautseigra fræðimanna við norsku stofnunina SINTEF, Stiftelsen for Industriel og Teknisk Forskning, hélt ótrauður áfram að þróa aðferðina og brátt varð ljóst að gæði himnanna skiptu sköpum. Ef unnt væri að bæta þær gæti aðferðin borið ríkulegan ávöxt.

Fræðimenn hafa í millitíðinni fengið aðstoð frá þeim iðnaði sem framleiðir drykkjarvatn með því að afselta sjó. Það gerist í auknum mæli með ferli sem nefnt er viðsnúið himnuflæði. Þannig er saltvatni þrýst í gegnum himnu, sem einungis hleypir vatnssameindum í gegn. Þessi iðnaður þarf á að halda miklu magni af sterkum og gagnlegum himnum sem hefur orðið til að framleiðslukostnaður þeirra hefur lækkað. Þær himnur sem notaðar eru í saltorkuverum eru samt öðruvísi uppbyggðar og því hafa vísindamenn frá Stadkraft eytt miklum tíma í að þróa heppilegustu himnuna. Fram til þessa hefur þeim tekist að ná þremur vöttum á hvern fermetra, sem er þrjátíu sinnum meira en skilvirkni fyrstu himnanna.

– Við náum varla nokkru sinni að komast yfir 6 W, en það er ekki óraunsætt að ímynda sér himnur sem geta framleitt 4 – 5 W á fermetra, upplýsir framkvæmdastjórinn Stein Erik Skilhagen.

Saltorkuver þarf himnur með mikið yfirborð en hins vegar má pakka þeim í rúllur til að minnka fyrirferð þeirra. Orkuver sem getur framleitt 25 MW þarf þannig heila 5 km2 af himnu en þó fyrirferð slíkra orkuvera geti verið ærin, má koma þeim fyrir t.d. neðanjarðar. Á mörgum stöðum getur saltorkuver auk þess verið samþætt með hefðbundnum vatnsorkuverum.

Með tíð og tíma munu himnurnar slitna, en Stadkraft reiknar með að þær gætu dugað í milli sjö og tíu ár, áður en virkni þeirra verður svo léleg að nauðsynlegt reynist að endurnýja himnurnar.

Saltorka gefur stöðuga orkuframleiðslu

Tíminn hefur unnið með saltorku. Að hluta til er verð á orku orðið svo hátt að nýjar orkuuppsprettur geta keppt við olíu, gas og kol, en einnig er farið að leita meira eftir orku sem ekki hefur í för með sér losun koltvíoxíðs sem eykur gróðurhúsaáhrifin. Miðað við önnur viðvarandi orkuform hefur saltorkan auk þess nokkra kosti. Framleiðslan er áreiðanleg meðan orkan frá bæði vindmyllum og sólarsellum ræðst af veðri samkvæmt eðli málsins. Auk þess verður framleiðslan í saltorkuveri stöðug – Stadkraft reiknar með að einingarnar í orkuveri muni framleiða orku í um 8.000 klst. á ári, sem svarar til meira en 90% tíma ársins. Það er langtum meira en flestar vindmyllur geta státað af.

Saltorkuver má byggja í einingum svo það verði við hæfi þess magns af ferskvatni sem er til ráðstöfunar. Þumalfingurreglan er að vatnsstraumur er nemur einum rúmmetra á sekúndu framleiðir 1 MW af rafmagni. Til samanburðar getur stór vindmylla gefið af sér 4 MW.

Saltorkuver væri hagkvæmast þegar ferskt vatn kemst í tæri við afar salt vatn – þ.e.a.s. sjó úr heimshöfunum. Sjórinn úr höfunum inniheldur 35 prómill salts, sem jafngildir 35 grömmum af salti í hverjum lítra vatns, meðan yfirborðsvatn í miðju Eystrasalti inniheldur aðeins 10 prómill. Á móti kemur að sjórinn nærri botni þar er öllu saltari og því gætu saltorkuver í Eystrasalti verði raunhæfur kostur þegar fram líða stundir.

Orkuverin geta gefið hreinna vatn

Fyrst um sinn er Noregur eitt hentugasta landið fyrir saltorku, enda liggur það að hinu salta Atlantshafi.

– Við erum með langa strandlengju og vatn af miklum gæðum í fljótunum. Hins vegar getur vatnsmagnið verið breytilegt, segir Stein Erik Skilhagen sem nefnir árósa fljótanna miklu í Kanada sem annan heppilegan stað fyrir saltorkuver. Orkuna sem myndast þegar saltvatn mætir ferskvatni má einnig nýta í að knýja dælur, sem vakið hefur áhuga Hollendinga á aðferðinni. Það láglenda land þarf stöðugt að berjast við að bægja sjónum frá.

Þar sem himnurnar eru ofurþunnar þarf að vernda þær gegn hvers konar óhreinindum í vatninu. Stærri óhreinindi geta skaddað himnuna meðan hinar smærri stífla þær og draga úr virkni þeirra. Því þarf að sía vatnið rækilega áður en það er leitt inn í saltorkuver. Það dregur nokkuð úr hagkvæmninni, en gefur hins vegar af sér þann aukavinning að það vatn sem er leitt frá saltorkuveri er mun hreinna en upprunalega vatnið og þar sem samblöndun ferskvatns og sjávar mun hvort eð er eiga sér stað í sjónum, má líta á saltorkuverið sem afar lítið inngrip í náttúruna.

Og vel að merkja, það inngrip sem getur tryggt okkur mikla orku.