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蓝色能源潜力巨大的混合水发电

2019-08-15 19:42:55来源:励志吧0次阅读

  水是生命的源泉,也是能量的源泉,我们称之为水能

  传统意义的水能包括水电开发,它利用大江大河水的地理落差产生能量,除此之外,还有潮汐能、波浪发电等,这些都是物理意义上的能量转换,但其实水作为能量源泉还隐含了另一种更大潜能,那就是利用混合水的化学反应,来产生电能。

  简单地说,就是海水和淡水在河口混合时,因为盐度不同,能发生化学反应,同时生成电能。它被称为蓝色能源,已被视为最有待开发的清洁能源之一。

  半个世纪的探索

  蓝色能源概念于1954年由英国工程师REPattle首次提出,它有时也会被称为 渗透能量 ,因为它因渗透现象而产生了能量。

  为了理解其工作原理,我们可以制作两瓶浓度不同的盐溶液,如果这两瓶溶液间有一层薄薄的让水通过但不让盐离子通过的 半透膜 隔开,那么水自然会从淡的一侧向咸的一侧流动,而水流通过薄膜时产生的压力,可用来推动涡轮机发电。

  但半透膜是阻碍该技术应用的主要障碍,直到20世纪70年代,半透膜材料实现商业化以后,人们才得以利用Pattle的想法来发电。一位名叫西德尼 勒布的科学家建议可以将 渗透动力装置 用在约旦河和死海分界处,利用两者水的盐度差,在混合时可能释放能量。

  这种动力装置的工作效果并不是经过薄膜的流速越快越好,因为流速过快会挤压盐水,阻碍大量淡水从膜另一侧的流入。这项技术也被称为 压力阻尼渗透 。

  首个使用压力阻尼渗透的蓝色能量站于2009年由挪威国家公司在挪威托夫特创建,发电能力4千瓦,这比起典型小型核电站5000千瓦的发电能力小得多得多。后挪威电力公司发现它其实并不够划算 这发电设备没能制造出足够的电力以抵消建造、运行和维护的成本。最终,它不得不在运行4年后被关掉。

  反向电渗析技术的研发

  尽管如此,商业开发者们并没有打消念头。在位于莱瓦顿的荷兰水资源研究所可持续用水技术中心,一家名为REDstack的剥离公司利用反向电渗析(RED)的方法来发电。跟此前用的半透膜不同,这种方法用的是允许盐离子通过而不是水分子的薄膜。

  目前反向电渗析方法有两种可用的膜:一种允许盐带正电的钠离子通过,另一种允许带负电的氯离子通过。这些薄膜用来制造多层水三明治,其中盐水层替换为淡水层,两种类型的离子运输薄膜交替排列。这种排布可制造电压,无需任何压力驱动涡轮,所以理论上这种方法可以非常有效率地捕捉混合过程的能量。

  可持续用水技术中心的科学家们也研究出称为电容混合(capmix)的第三种方法。这时盐水和淡水交替注入放有两个作为电能储存装置(或者电容)的电极的室内。这个过程也能提高电压。

  一家欧洲财团,在荷兰、意大利、波兰和西班牙都设有机构,自2010年以来一直进行着电容混合技术的探索,不断有新的技巧被发现,例如,一支由乌特勒支大学物理学家RenevanRoij带领的队伍最近展示,如果混合了淡水的盐水被加热到50摄氏度左右,蓝色能源电容混合设备的能源输出可能会加倍。

  而这并不需要燃烧化石燃料来加热,他们说可以简单地使用工业过程中被加热过的废水。例如来自电厂或者数据中心(保护计算机防止过热)的冷却水。西班牙格拉纳达大学一个独立的团队也已证实了这一发现。

  更颠覆性的想法

  实际上,渗透作用在任何浓度差的可溶物质中普遍都有效,比如说糖。所以 蓝色能量 不仅仅限于淡水和盐水的混合。201 年,来自可持续用水技术中心的一支队伍提出,可以用从化石燃料的发电厂获得的溶化的二氧化碳气体发电。二氧化碳易溶于水,生成碳酸,之后分解成碳酸氢盐和氢离子。这些可以在电容混合过程中实现电极间排列整理,跟普通的盐离子相同。正如电容混合方法需要用盐水和淡水交替冲洗系统,这个新方法必须先用二氧化碳水(相当于盐水),之后再用干净的空气(相当于淡水)冲洗。

  研究人员说,世界范围内,化石燃料发电厂排出的烟道气体含有每年大约能制造8500亿度电能的二氧化碳:几乎是英国年度电能消费的100倍。这是一个惊人的颠覆性的想法:二氧化碳通常是问题的一部分,但就能源产生过程而言,它成了解决方案的一部分。

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