太阳能、风能等绿色再生能源正在世界各地蓬勃发展,但它们的间歇性缺点依然有待克服。一些科学家致力于研究无间歇性问题的“蓝色能源”,比如海水盐差能,而最近瑞士科学家发现若借助光的作用,可以进一步提升海水盐差能的发电功率 2 倍。
当把两种浓度不同的盐溶液倒在同一容器时,高浓度溶液中的盐类离子会自发往低浓度溶液扩散,直到两者浓度相等为止,同理,海水盐差能(osmotic power)就是利用海水和淡水之间(或两种含盐浓度不同的水)的这种化学电位差能,经其他技术如渗透法、蒸汽压力差、电析方法、太阳能盐水池等转换为电能。
最常见的一种海水盐差能,为利用渗透法(盐离子从咸海水流到河水)的河口发电,其他比如淡水地区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐差能发电,常被称为蓝色能源(blue energy)。过去,荷兰,挪威等国已经在试着利用“可逆电透析法(reverse electrodialysis,RED)”、缓压渗透法(pressure retarded osmosis,PRO)等将海水盐差能商业化。
而瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的科学家们最近做了个实验,将光照在结合水及盐分、仅 3 个原子厚度的薄膜上,发现可以因此增强渗透效率,增加更多电力。
这个系统模仿了河口条件,首先区分出盐分浓度明显不同的两个液体腔室,中间以二硫化钼(MoS2)膜隔开,膜的中间开了一个直径约 3~10 奈米(百万分之一毫米)的小孔,当盐离子从高浓度溶液经过小孔进入低浓度溶液时,电子就会转移到电极上,从而产生电流。
过去,这种方法对膜的要求非常高,因为膜必须很薄,且得具选择性:让带正电的离子通过,推开大部分带负电的离子,技术上相当有挑战性,在瑞士科学家利用低强度激光光解决了这些问题。研究人员发现,光释出的电子会积聚在薄膜表面增加材料表面电荷,进而导致电流增加。
研究人员说,这代表未来的河口发电系统可以配合聚光镜面,将光汇聚在薄膜上,如此一来,白天发电量可以增加达 1 倍。如果这项技术能够落实应用,代表这道蓝色能源可以只靠天然的光就增加功率输出,而不需额外使用化学方法处理。新论文发表在《Joule》期刊。
- Producing electricity at estuaries using light and osmosis
(首图来源:瑞士洛桑联邦理工学院)