8 G3 h) y7 @ z' z8 \3 a鹽溶液:這一裝置發電采用的不同鹽度存在于淡水和海水之間。這兩個箔狀結構用作正負電極;玻璃燈泡是參比電極(reference electrode)。 $ A+ F/ g3 p6 l7 j. w; f9 d 來源:麻省理工科技創業 . p; R) ?3 J8 {* w
這一新設備開發者是斯坦福大學(Stanford University)的研究人員,設備包含一個電極,可吸引正鈉離子,另一個電極可吸引負氯離子。這些電極浸在鹽水中,就會吸引水中鈉離子和氯離子,這些運動的離子產生電流。電極充電需要排干鹽水,用淡水取代,運用相對低壓電流,吸引離子離開電極。淡水被排出后,電極就可以吸引更多的離子,這需要下一批鹽水。 . G9 l2 L+ b5 w) b. W# c0 B“這是水脫鹽的相反過程,脫鹽時,你注入能量,生成淡水和濃度更高的鹽水,”崔易(Yi Cui)說,他是斯坦福大學材料科學和工程學教授,也是這項研究的領導者。“在這里,你開始是采用淡水與濃縮鹽水,然后產生能量。”4 `4 r1 c4 g2 b' D( D
崔易的小組可以轉換為電能的是74%的潛在能量,這些潛在能量存在于咸水和淡水之間,而且可以不降低性能運行100多個循環。放置這些電極時更近地放在一起,崔易說,這就可以使電池達到85%的效率。 , Y5 E2 K6 A z3 V8 w電廠采用這一技術,選址就要靠近三角洲,就是淡水入海處。崔易說,每秒排干50立方米的河水,一家發電廠就可以生產高達100兆瓦的電力。他計算,如果所有淡水,也就是全世界所有的沿海江河都被利用,他的鹽度梯度(salinity-gradient)工藝就可產生2太瓦(terawatts)電力,大約是目前全球耗能的13%。- e3 \" }0 F2 @& l9 y& R
但是,這種廣泛的使用會嚴重干擾敏感的水生環境?!拔艺J為只能利用非常小的一部分,否則將是一場生態災難,”麥麥那凱姆•伊利米勒(Menachem Elimelech)說,他是耶魯大學(Yale University)環境工程項目主任。伊利米勒表示,有必要預處理,除去水中懸浮物質,包括生物。這樣的處理需要能量,會增加成本,而且本身嚴重擾亂生態系統,如果大規模進行就會這樣。( m; t B; s5 b
以前有些研究,利用的能量也是來自具有鹽度差的咸水和淡水,但主要重點是一項工藝,就是所謂的壓力延緩滲透(pressure-retarded osmosis)。在這種方法中,淡水和海水注入單獨的空間,其間的分隔采用人工膜。較高鹽度的鹽水吸引淡水穿過膜,這樣增加的壓力是針對鹽水一側的。受壓的水隨后用來驅動渦輪機發電。 ' e2 L& W* N" g; i @挪威電力公司斯達克拉夫公司(Statkraft)目前正在測試壓力延緩滲透,試驗工廠就在奧斯陸(Oslo)城外,他們也在致力于開發更加有效和耐用的膜。斯達克拉夫公司官員說,他們的目標是把80%的現有化學能轉換為電能。崔易說,他懷疑,這種方法能夠超過40%的效率?!靶史矫?,我們當然是好多了,”他說。2 K' L1 x) o8 d! |2 r4 G6 k9 g4 p
為了達到高效率,崔易的研究小組使用二氧化錳(manganese-dioxide)納米棒,用為電池的正極。這種材料賦予鈉離子約100倍的表面積,可以進行互動,超過傳統電極材料。而這種納米結構使離子可以快速附著和離開電極,使整個電池更有效率。 " l9 l4 K$ l' R t崔易的研究小組利用一種銀電極,結合帶負電荷的氯離子。然而,銀太昂貴,不能大規模使用,而且它也是有毒的,會造成環境危害,因為它可溶解到水中,這些水循環通過電池。崔易說,他的小組正在尋找替代品,但是,替代選擇可能難以找到。/ g6 m) g. m& k6 y& R0 p. t