Рис. 1. Схематичний малюнок пристрою Броджоли. Камера містить два електроди з пористого активованого вугілля, що утворять конденсатор величезної ємності ионистор, що може бути заряджений або виряджений. Камера заповнюється солоною водою (розчином NaCl), що йде з одного з резервуарів. Рис. з обговорюваної статті в Physical Review Letters

Існуючі способи одержання енергії із градієнта солоності води, що виникає в результаті змішування прісної й солоної води, осмос і зворотний електродиализ засновані на контакті води зі спеціальними мембранами. Однак висока вартість мембран і короткий строк їхньої експлуатації через їхнє швидке забруднення не дозволяють поки що впровадити дану технологію повсюдно. Італійський фізик Дориано Броджоли запропонував і експериментально продемонстрував зовсім новий, відносно дешевий метод, що використовує ионистор конденсатор дуже великої ємності. При правильно підібраному ионисторе пристрій Броджоли здатний виробляти стільки ж енергії, скільки пристрою, засновані на принципах осмосу й зворотного електродиализа.

Упадання рік у море або океан можна використовувати для витягу значної енергії, що диссипируется (розсіюється) внаслідок змішування прісної й солоної води. Виникаючий градієнт солоності робить приблизно 2,2 кДж (кілоджоулі) енергії на літр прісної води, що попадає потім у солону воду. В 70-е роки минулого століття була запропонована ідея використовувати цю енергію, створюючи спеціальні електростанції. Принцип їхньої роботи повинен був базуватися на явищі осмосу із застосуванням напівпроникної мембрани або ж зворотного електродиализа (reverse electrodialysis), що використовує ионоселективні мембрани

Рис. 2. Перетекание молекул прісної води W1 у солону воду W2 під дією осмотического тиску через напівпроникну мембрану створює більше низький рівень у правій половині посудини. Теоретично різниця рівнів може досягати 270 метрів. Рис. с сайту en. wikipedia. org

Осмос це процес диффундирования розчинника з менш концентрованого в більше концентрований розчин. Припустимо, що в нашім розпорядженні є посудина, розділений мембраною. В одній половині ємності перебуває солона вода, тобто вода з розчиненим у ній хлоридом натрію NaCl, і вода, у якій концентрація солі близька до нуля. Властивість мембрани таке, що вона вільно пропускає молекули води, але перешкоджає проникненню молекул солі із солоної води в прісну. Властиво, тому мембрана й називається "напівпроникна". Осмос як би прагне вирівняти концентрації солі в обох половинах посудини. Але через напівпроникну мембрану під дією виникаючого осмотического тиску відбувається лише спрямоване перетекание молекул води із правої частини в ліву, що приводить до виникнення нерівних рівнів води в половинах ємності (мал. 2). Перерозподіл буде відбуватися доти, поки гідростатичний тиск, тобто тиск різниці рівнів води в лівій і правій частині посудини, не зрівноважить тиск осмотическое. Теоретично осмотическое тиск між солоною й прісною водою дорівнює 26 атмосферам, що відповідає різниці рівнів їхніх рівнів приблизно 270 метрів. У Норвегії компанія Statkraft збирається запустити електростанцію, що буде одержувати енергію за рахунок описаного вище процесу

Другий метод одержання енергії також використовує мембранну технологію й ґрунтується на явищі зворотного електродиализа. У цьому процесі необхідна наявність двох типів селективних (виборчих) мембран: мембрани, які прозорі тільки для позитивних іонів солі (іони натрію), і мембрани, що безперешкодно пропускають винятково негативні іони іони хлору (мал. 2). Секції із солоною водою створюють спрямований рух іонів солі із секції в секцію. Зарядовий поділ створює на мембранах різниця потенціалів, що потім підсумується й перетворюється на катоді й аноді за допомогою окислювально-відновних реакцій з іонного струму у звичайний електричний струм. Напруга, що знімається, залежить від числа мембран, температури, відносини концентрацій солі в прісній і солоній воді, а також від внутрішнього опору катода й анода. Помітимо, що кінетика іонів солі тут виникає через різницю концентрацій солі в сусідніх секціях, тому наявність прісної води в процесі зворотного електродиализа необхідно.

Рис. 3. Одержання електричного струму на основі явища зворотного електродиализа. Через два типи ионоселективних мембран відбувається контакт прісної й солоної води, що приводить до розподілу в секціях іонів солі і їхнього руху до відповідних електродів. У результаті виникає різниця потенціалів на мембранах. Поблизу електродів, завдяки окислювально-відновним реакціям, відбувається трансформація іонного струму у звичайний електричний струм. Рис. с сайту www. leonardo-energy. org

Існує ще третій метод, що використовує різницю тисків насичених пар прісної й солоної води. Уперше він був запропонований в 1979 році американськими вченими (см. M. Olsson, G. Wick, J. Isaacs. Salinity Gradient Power: Utilizing Vapor Pressure Differences // Science. 1979. V. 206. P. 452–454). Справа в тому, що тиск насичених пар солоної води нижче, ніж у чистої води при тій же температурі (цей факт відбивається в більше високій температурі кипіння солоної води). Якщо резервуари із прісною й солоною водою з'єднати, відкачавши попередньо з них повітря й створивши вакуум, то прісна вода буде випаровуватися й конденсуватися в солоній воді. Таким чином, виникає рух насиченої пари з одного резервуара в інший, котре може бути використано, якщо встановити на шляху руху турбіну. У цей час такий метод одержання енергії розвинений і досліджений у меншому ступені, ніж способи, засновані на мембранних технологіях, осмос і зворотний електродиализ.

Відповідно до розрахунків, такі енерговирабативающие пристрої здатні робити порядку 1 кВт при швидкості потоку прісної води 1 л/з.

Отримання энергії із прісної води за допомогою іоністора (частина 2).