海水裡的鹽還能用來發電？

從太空中看到的贊比西河流三角洲。本文的新型混合能源技術將會放置於該類型的環境。圖片來源：NASA

每當想起可再生能源的時候，你的腦子裡總會浮現出類似風力渦輪機、水電站、地熱發電廠和太陽能電池板等工程和設備。當然，這些都是世界可再生能源的主要來源；不過，正如一項來自美國賓州州立大學（PSU）的開拓性研究所展現的那樣，很快就會有另一種能源可再生的方式誕生於世。

人人都知道，當淡水和鹽水相遇時，大自然的力量會使它們鹽度梯度趨於平衡。隨著時間的流逝，二者的鹽濃度甚至會中和至完全相同。

然而，你意想不到的是，這種鹽差平衡的過程可以應用於發電。

如果你在淡水和鹽水之間放置一個屏障，這個屏障能讓水自由通過，但它會阻隔大量隨著水遊動的鹽分子，那麼就會形成逐漸增強的壓力。這種壓力有一個專門的學術名稱——滲透壓：兩種水之間的鹽分濃度差越大，滲透壓越強。

當海水中的鹽被屏障阻塞而不能流向淡水，海水中的含鹽度會越來越高，這使得淡水中的滲透壓不斷增強。這種壓力能被轉化成能源並驅使渦輪轉動，最終產生電力。

「這項技術的目標是在河海相接的地方發電，」團隊成員Christopher Gorski說，他是賓州州立大學環境工程學的助理教授。

然而這種被稱為「壓力延緩滲透」（PRO）的方法並不理想。那些用於隔離水中鹽離子的薄膜總是被細菌和碎屑堵塞，別說鹽離子，連水都不能流過了。

鹽度低的區域向鹽度高的區域施加壓力，以獲得更多鹽分。圖片來源：KDS4444/Wikimedia Commons; CC0

另一種名為反電滲析（RED）的技術依賴於通過鹽差所形成的電梯度。在這種技術中，通過屏障的目標對象不是水，而是帶有正電荷的鈉離子或帶有負電荷的氯離子，這樣一來，一邊水域會帶有正電荷，而另一邊水域會帶有負電荷。

這種電荷不平衡也能用於發電，但它的主要缺陷在於產電量不高。

然而，PSU團隊提出了第三種方法，這種方法大大優於RED 和PRO技術。儘管這種方法帶有少許「作弊」性質，但是用這種方法發電簡直是易如反掌。

首先，研究人員拿出了RED技術——這種技術顯然是非常有潛力的，但目前的效果還不夠好。然後他們用一項名為電容式混合（CapMix）的技術與之結合，這種電容式混合技術使用正負兩極來捕獲帶有鹽差的兩個不同水域之間的能源。

當這兩種技術被分開獨立使用時，產電量極低；一旦它們被結合使用，產電量急劇上升。一項發表於Energy and Environment Science雜誌上的研究表明，用這種方法產出的成果和PRO技術所取得的成果一樣；但這種方法更勝一籌的是：人們再也不用擔心堵塞的問題了。

「讓這種方法真正起效的有兩個條件，一是讓鹽分到達電極，二是讓氯化物能夠穿過薄膜轉移。這兩個過程都會產生電壓，最終你會在電極處和穿越薄膜的地方得到一個組合電壓。」 Gorski補充說道。

該方法尚處於早期研發階段，但團隊成員已大膽地表示這種混合技術的產電量能夠高達全球電力需求的40%，並且不會造成巨大碳排放量。新型可再生能源將要步入世界舞台了嗎？讓我們拭目以待。

單靠一點鹽，我們就能拯救氣候變化中的地球嗎？圖片來源：Sthaporn Kamlanghan/Shutterstock

蝌蚪五線譜編譯自iflscience，譯者 李二寶，轉載須授權

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