用鹽也可發(fā)電

陳廣峰 王堯

你有沒(méi)有想過(guò)，有一天汽車(chē)油箱里裝的不是汽油而是“鹽水”？在海水和江河水的交匯處，就蘊(yùn)含著這樣一種鮮為人知的“藍(lán)色能源”——海水鹽差能。現(xiàn)在就讓我們一起走近河海交匯處，看看如何用“鹽水”來(lái)發(fā)電。

在自然界中，太陽(yáng)的照射會(huì)使水不斷蒸發(fā)，形成水蒸氣，這個(gè)過(guò)程去除了水中的雜質(zhì)，例如海水中的鹽分，因此這種氣態(tài)水十分純凈。于是，大量的水從海洋蒸發(fā)出來(lái)，在大氣中形成云，遇冷后又凝結(jié)成雨、雪等，重新回到地表，落到陸地上就形成了淡水；又經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年累月地流動(dòng)，匯集成河流，最終奔流入海。

當(dāng)?shù)竭_(dá)入海口或三角洲時(shí)，會(huì)與海水發(fā)生激烈碰撞。科學(xué)家利用的就是碰撞過(guò)程中釋放的能量——海水鹽差能。

我們知道，物質(zhì)分子總是從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域轉(zhuǎn)移，所以當(dāng)河流中的淡水與海水相遇時(shí)，水分子總是會(huì)不斷地向海水一側(cè)擴(kuò)散。如果這時(shí)在河流與海水之間加一張滲透膜，只允許水分子通過(guò)，兩邊就會(huì)產(chǎn)生滲透壓，促使水從濃度低（這里的濃度，指的是溶解于水中的物質(zhì)的濃度）的河流一側(cè)通過(guò)這層膜向濃度高的海水一側(cè)滲透，使海水一側(cè)水位升高。這時(shí)，再將水輪機(jī)放在出水口，水會(huì)推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生電。這種方法叫作壓力延遲滲透法。

?壓力延遲滲透示意圖（繪圖/周游）

通常，在江河的入海處，海水鹽度為3.5%，而河水的鹽度很低，大約只有海水的1/50，海水和河水之間的化學(xué)電位差相當(dāng)于240米高的水位落差產(chǎn)生的能量。

這就是海水鹽差能發(fā)電的基本方式——將不同鹽度的海水或海水與淡水之間的化學(xué)電位差能轉(zhuǎn)換成水的勢(shì)能，再利用水輪機(jī)發(fā)電。理論上，世界各河口區(qū)的海水鹽差能達(dá)300億千瓦，可利用發(fā)電的約26億千瓦。

人們可以在河流的入海口處修建發(fā)電站，特別是在鹽度更高的水域中。這種新能源既不產(chǎn)生垃圾，也沒(méi)有二氧化碳排放，更不受天氣影響，可以說(shuō)海水鹽差能是高度清潔的，這種神奇的“藍(lán)色能源”也被視為未來(lái)最值得開(kāi)發(fā)的清潔能源之一。

相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，利用海水鹽差能發(fā)的電就會(huì)走進(jìn)我們生活，為碳達(dá)峰、碳中和貢獻(xiàn)自己的力量。

利用海水鹽差能發(fā)電的另一種方式是反向電滲析。不過(guò)需要使用兩張不一樣的滲透膜，一張只允許氯離子（Cl-）通過(guò)，另一張只允許鈉離子（Na+）通過(guò)。

鹽即氯化鈉（NaCl），是中性的，由帶正電的鈉離子和帶負(fù)電的氯離子組成，兩者就像兩塊磁鐵一樣彼此吸引，聚集在一起。而我們把鹽放在水中時(shí)，鹽會(huì)溶于水，并分解為帶正電的鈉離子和帶負(fù)電的氯離子。

如圖所示，將海水注入中間區(qū)域，淡水注入兩端區(qū)域。由于兩種滲透膜的存在，帶正電的鈉離子（Na+）和帶負(fù)電的氯離子（Cl-）會(huì)分別在容器兩端聚集，使得容器兩端一邊帶正電、一邊帶負(fù)電。這時(shí)，容器就如同電池一樣可以發(fā)電了。

?反向電滲析示意圖（繪圖/周游）

（責(zé)任編輯 / 張麗靜? 美術(shù)編輯 / 周游）