斯坦福科學家發明污水產能新技術--混合污水與海水回收電能

時間：2021-04-02 07:43:38 來源：IWA國際水協會 作者：

BBC的紀錄片《藍色星球》讓我們領略了海洋的魅力，也再次警示人類要重視對海洋的保護。這個巨大的藍色寶庫，除了石油天然氣，還有許多可再生能源有待我們開發。大家估計已經聽過潮汐發電、波浪發電等技術，但曾否聽過一種叫鹽濃差能的發電技術呢？

前段時間，斯坦福大學的科學家在美國化學學會期刊ACS Omega發表文章，表示開發出了一種新型電池，可以更好地利用這種藍色能源。他們還表示，沿海污水處理廠是應用這項技術的理想場所，可以幫助污水廠實現能源自給。

海水淡水混合發電？

1954年，英國人Richard Pattle在《自然》期刊發文，首次提出在水電樁里混合海水和淡水發電的概念：假設我們有兩瓶濃度不同的鹽溶液，中間有一片薄膜將其隔開，這個半透膜可以讓水通過，鹽離子通不過，這樣水自然會從低濃度一側向高鹽一側流動，水流通過薄膜產生的壓力，可用來推動渦輪機發電。但直到20世紀70年代中期，半透膜才開始商業化應用，以色列的Sidney Loeb教授首次將這個理念變成現實。

圖1. 壓力阻尼滲透（PRO）原理圖 | 圖源：http://griffith.edu.au

但Loeb教授發明的裝置有個特點，就是流經薄膜的速度不是越快越好，因為流速過快會擠壓鹽水，阻礙大量淡水從膜另一側的流入。這就是所謂的壓力阻尼滲透（Pressure Retarded Osmosis - PRO）。

挪威國家電力公司Statkraft是第一個實現PRO工程應用的團隊。2009年，他們在挪威Tofte落成第一個示范項目，發電規模很小，只有10kW。最初他們還計劃在2015年實現PRO技術的商業應用，但后來他們發現它入不敷出它產生的電能還不能抵消建造、運行和維護的成本，最終難逃關門大吉的厄運。

圖2. 挪威Statkraft建造PRO示范項目外觀| 圖源：NewAtlas

反向電滲析技術

除了PRO，反向電滲析技術(Reverse Electrodialysis RED)是一個有應用案例的鹽差能技術。 它基本原理和電滲析脫鹽剛好相反，它有陽極、陰極以及在中間交替排列的陰、陽離子交換膜疊堆而成。這些陰、陽離子交換膜由隔板隔開，形成獨立的濃水室和淡水室。鹽度差推動離子的內部遷移，形成電流。

圖3. ED和RED系統的原理圖 | 圖源：ResearchGate

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