REVERSED ELECTRO DIALYSE IN TEGENSTROOM.

  Als je zout water verdund met zoet water met dezelfde temperatuur en dat verdunde zout water wordt koeler (verdunningsenergie) dan kan Reversed Electro Dialyses in tegenstroom als 'perpetuum mobile' werken. In elk geval hebben natrium- en chloorionen in de vervolg RED-stack geen geheugen.

  De wet van behoud van energie (je kan dus geen energie uit het niets produceren) voorkomt een voortdurende beweging die ook nog eens energie zou kunnen opwekken. Er is altijd wel iets, naast de wet van behoud van energie, dat de droom voor deze eeuwige beweging onmogelijk maakt. Zoals het idee om water door capillaire werking omhoog te laten komen wat dan op een hoger niveau weer uit de capillaire buisjes zou gaan druppelen en daarmee, in het groot, een waterkrachtcentrale aan zou kunnen drijven. Helaas voorkomt dezelfde capillaire werking die het waterdruppeltje in de capillaire buisjes doet stijgen ook dat het waterdruppeltje uit het capillaire buisje valt. Mijn schoolvoorbeeld was een wiel dat rechtop in een waterbak staat met daaraan waterdichte rubberen zakjes met daarin een stalen knikker. Aan één kant van het wiel vallen de stalen knikkers in een bakje maar aan de andere kant vallen ze in het rubberen zakje waarvan door het gewicht van de knikker het volume groter wordt. Aan één kant van het wiel is het totale volume dus groter en zou het wiel als gevolg van de wet van Archimedes dus moeten gaan draaien. Alleen compenseert deze extra opwaartse kracht helaas alleen het gewicht van de loshangende stalen knikkers. Ect.

  De wet van behoud van energie hoeft volgens mij echter niet in te houden dat er geen eeuwige beweging zou kunnen bestaan. Dat is wanneer een systeem voortdurend warmte uit zijn omgeving onttrekt. En inderdaad. Een voorbeeld daarvan is het 'drinkend vogeltje' welke beweegt dankzij verdamping en dus omgevingswarmte. Helaas lukt het met deze vinding het niet om die omgevingswarmte om te zetten in echt bruikbare energie. Als je denkt een perpetuum mobile bedacht te hebben zal er een effect moeten zijn dat je gedroomde energiewinning onmogelijk maakt. Tenzij er inderdaad opname plaats vindt van omgevingswarmte. Onttrekking van (laagcalorische) omgevingswarmte is er ook wanneer er bijvoorbeeld keukenzout wordt opgelost in water of alleen al wanneer de oplossing van keukenzout verder wordt verdund. Reversed Electro Dialyse werkt op de energie als gevolg van het verschil tussen zoutgehaltes. Doordat de geladen natrium-en chloor-ionen via ionselectieve membranen naar het zoete water gaan ontstaat over deze membranen een spanningsverschil en vindt er van het zoute water dus een verdunning plaats.

  Door zoutwater en zoetwater met elkaar te mengen komt er blauwe energie (salanity gradient power) vrij. De temperatuur stijgt dan iets. Maar nadat er al decennia lang met het zetten van een spanningsverschil op ionselectieve membranen zeewater ontzilt wordt (Electro Dialyse) wordt er ook onderzoek gedaan (door het bedrijf RED-stack op de Afsluitdijk) om door het mengen van zee- en rivierwater langs deze ionselectieve membranen juist elektriciteit op te wekken (Reversed Electro Dialyse). Het afvalproduct daarvan is brak water. Precies hetzelfde als je het rivierwater rechtstreeks de zee in zou laten stromen. In alle schema's die ik van het mengen van zout en zoet water door Reversed Electro Dialyse tegenkom is dat het ingevoerde zoute water en het ingevoerde zoete water uit de RED-stack komt als brakwater. Met van zowel de oorspronkelijke zoute als de oorspronkelijke zoete uitstroom het zoutgehalte precies het gemiddelde van de ingevoerde zoute en de zoete instroom. Men kan dus blijkbaar niet de oorspronkelijke zoute invoer opvangen als zoet geworden water en de oorspronkelijke zoete invoer als zout geworden water (zoals in een warmtewisselaar het in tegenstroom met het warme water ingaande koude water warmer wordt dan het gemiddelde van de koude en de warme invoer). En derhalve men met dat, automatisch gerenegeerde, zoete en zoute water het RED-proces nog eens over zou kunnen doen om met hetzelfde zoute en zoete water extra elektriciteit winnen. Het zou sowieso volledig in strijd zijn met de wet van behoud van energie.

 Maar helaas dus. Ook bij Reversed Electro Dialyse in tegenstroom wordt de zoute invoer en (derhalve) ook de zoete invoer door het stromen langs de zoete c.q. zoute invoer niet zoeter c.q. zouter dan het gemiddelde. Dus bij het verlaten van de stack stroomt de zoute invoer dan wel als brak water in tegenstroom langs puur zoet water maar zal desondanks geen enkel extra natrium- of chloor-ion door het ionselectieve membraan naar het dan nog puur zoete water begeven waardoor het ingevoerde zoute en het ingevoerde zoete water minder zout c.q. minder zoet zou worden dan wanneer je dat zoute en zoete water rechtstreeks bij elkaar zou kappen. Wat is daarvoor dan de verklaring?

 De drijvende kracht achter Reversed Electro Dialyse is diffusie. Dus dat een gas of een oplossing in een vloeistof zich wil verspreiden. Bij osmose, waarbij verspreiding van de opgeloste moleculen wordt belemmerd door een membraan wordt de verspreiding van die opgeloste moleculen alsnog bereikt doordat het water door het membraan naar de oplossing met de hoogste concentratie wordt gezogen. Bij Reversed Electro Dialyse wordt die verspreiding van de oplossing bereikt doordat de positief en de negatief geladen ionen van het NaCl door ionselectieve membranen bewegen. Bewegen de zoute en de zoete invoer zich tussen de ionselectieve membranen in tegenovergestelde richting zou derhalve de zoute invoer voor het verlaten van de ionselectieve membranen dus zuiver zoetwater passeren en dus, net als bij de werking van een warmtewisselaar, dus nagenoeg volledig zoet moeten worden. En de zoete invoer nagenoeg zout. Zoals vermeld is de drijvende kracht achter RED diffusie. Dus mogelijk dat áls de zoute invoer met het passeren van zoet water via ionselectieve membranen volledig zoet zou worden de natrium- en chloorionen in het nog rijkere deel zich sneller dan de stroomsnelheid tussen de membranen gaan bewegen dan door de (ionselectieve) membranen?

 Maar mocht diffusie in de kanaaltjes tussen de ionselectieve membranen de oorzaak zijn dat het tegenstroomeffect in een RED-stack niet lukt (nog afgezien dat het zou lukken om dat aan te kunnen tonen) dan valt die diffusie nog te omzeilen. Namelijk door de zoute en de zoete invoer in tegenstroom in trappen door meerdere stacks te laten lopen. Dat kan met drie gewone stacks (waarvan de 'zoute' en de 'zoete' afvoer dus niet gescheiden opgevangen wordt).

1. In de eerste stack wordt als zoute invoer het verse zoute water ingevoerd. Als zoete invoer van deze stack niet het verse zoete water maar de 'brakzoete' brakke afvoer van de tweede stack.
2. In de tweede stack wordt als zoete invoer het verse zoete water ingevoerd. Als zoute invoer de 'brakzoute' brakke afvoer van de eerste stack.
3. De afvoer van de tweede stack (die met het verse zoete water en de brakzoute afvoer van de eerste stack) zal een lager zoutgehalte krijgen dat het gemiddelde van de verse zoute en verse zoete invoer.
4. De afvoer van de eerste stack (die met het verse zoute water en de brakzoete afvoer van de twee stack) zal een hoger zoutgehalte krijgen dan het gemiddeld van de verse en de zoute invoer.
5. Doordat de afvoer van de eerste stack zouter is dan het gemiddelde van de verse zoute en de verse zoete aanvoer en de afvoer van de tweede stack zoeter is dan het gemiddelde van de verse zoute en de verse zoete aanvoer kunnen deze 'brakzoute' en 'brakzoete' afvoeren derhalve over een derde RED-stack om nog meer elektriciteit te winnen.
6. Doordat de zoute aanvoer en de andere aanvoer (het 'brakzoete') uit de eerste stack als afvoer bij elkaar komen en in één en dezelfde bak lopen wordt de hoeveelheid brakzoute afvoer het dubbele van de aanvoer van het verse zoute water. Voor de hoeveelheid afvoer van de tweede stack (dus het brakzoete proceswater) geldt hetzelfde. Daarom gaat van zowel de brakzoute afvoer als de brakzoete afvoer de helft van het debiet als aanvoer naar de andere stack. De andere helft van deze twee bakken gaat als brakzoete en brakzoute aanvoer naar de derde RED-stack. Dit water uit de derde stack komend wordt dan pas echt brak.
7. Wat de zoutgehaltes worden van de afvoeren (en dus aanvoeren) van de eerste twee stacks (en dus tevens de aanvoer van de derde stack) is te berekenen. Daartoe stel ik de verse zoute aanvoer van de eerste stack op '100'. En de verse zoete aanvoer van de twee stack op '0'. De brakzoete aanvoer van de eerste stack  noem ik 'a' en de brakzoute aanvoer van de tweede stack noem ik 'b'. Deze, a en b, moeten samen 100 zijn. Dus a+b = 100. De ((brakzoute) afvoer van de eerste stack (b) moet het gemiddelde zijn van de verse zoute aanvoer '100' en de brakzoete invoer (a). Dus b = (100 +a)/2 . En de ((brakzoete)) afvoer van de tweede stack (a) moet het gemiddelde zijn van de verse zoete aanvoer '0' en de brakzoute invoer (b). Dus a = (0+b)/2 oftewel a= b/2
     Dus  a + b = 100
                    a= b/2 of 2a = b
8.           a + 2a = 100   3a = 100   a = 100/3 = 33,3333
9.                   b= 100 -a = 100 - 33,3333 = 66,6666.
10. Door dat de effluenten van de eerste twee stacks worden opgevangen in een bak en vervolgens over de andere stack worden gepompt gedragen deze stacks zich als Reversed Electro Dialyse stacks zonder enige voorgeschiedenis. In dit geval de opstelling in tegenstroom. Natrium- en chloorionen hebben immers geen geheugen.
11. In de eerste twee stacks wordt het als zoetwater ingevoerde water als proceswater zouter dan het gemiddelde van de zoute en zoete invoer (namelijk 66,666 i.p.v. 50) en het als zoutwater ingevoerde water als proceswater zoeter dan het gemiddelde (namelijk 33,3333 i.p.v. 50). Dat houdt volgens mij in dat er extra ionentransport door de ionselectieve membranen plaats vindt en er dus extra electriciteit (energie) wordt opgewekt.
12. In theorie zou je met deze opstelling niet alleen extra elektriciteit kunnen winnen. Maar door deze middels Electro Dialyse van de brakke afvoer van de derde stack (50) zelfs meer elektriciteit kunnen winnen (33,333 + 33,333 + 16,666) dan er nodig is om de brakke afvoer van dit systeem te regeneren.

 Dat zou dan volledig in strijd zijn met de wet van behoud van energie. Dus waar zit mijn denkfout? Of ik maak nog een denkfout. Namelijk dat de benodigde extra energie vrij zou komen doordat het als zoutwater ingevoerde water het zoutgehalte onder het gemiddelde van de zoute en de zoete invoer komt want het oplossen van keukenzout is een endothermisch proces en derhalve ook het verdunnen van een keukenzoutoplossing. 

Natuurkunde.nl - Effect van zout concentratie op temperatuur verlaging

Leon Nelen.