酷海無邊，“咸”能發(fā)電

肖溪樹

浩瀚的海洋覆蓋了地球表面約71%的面積，而開發(fā)利用還處于初級階段。隨著人類對海洋認識的不斷深化，一個開發(fā)海洋.利用海洋的新時代正在到來。

如今，海水中的“咸”也已成為了一種寶貴的資源。前不久，我國科學家研制了一種特殊的三維多孔膜，有望利用海水中的“咸”來發(fā)電。

走進“咸”的“大本營”

說到“成”，我們首先會聯(lián)想到食鹽。食鹽的學名叫作氯化鈉，這是一種居家必備、每餐必用的調(diào)味品。它所呈現(xiàn)出來的成味居于五味之首，也被人們稱為“百味之王”。

其實，在海洋學中，所說的“鹽”與我們所食用的食鹽并不是一個概念。人們常把海洋比作一個“大鹽盆”，一方面是說其中的鹽類品種很多，另一方面是說其中蘊藏的鹽量十分巨大。

盡管海水中蘊合的鹽類很多，但以氯化鈉和氫化鎂為主。所以，我們常用“又成又苦”來形容海水的味道。全世界海洋中所蘊含的各種鹽類物有5億億噸之多，其中的氯化鈉就占到了總量的78%。我們所食用的食鹽大約有三分之一來源于海鹽，因此人們把海洋稱為“成”的“大本營”。

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淡水和咸水

地球上的水可以簡單地分為淡水和咸水兩大類，所謂淡水，通常是指每升水中含鹽量不超過0.5克。所謂咸水，就是指每升水中含鹽量高達35克。

地球就好似一個“大水球”，然而淡水資源卻十分稀缺。據(jù)統(tǒng)計，地球上水的總量大約為14.5億立方千米，咸水大約占了97.3%，淡水只占2.7%。除去固體冰川以及難以開采的淡水資源外，人類實際能夠利用的淡水資源只占總水量的0.26%左右。

潛伏在“咸”中的力量

說起藍色能源，同學們也許會想到那波濤洶涌的海浪。是的， “無風三尺浪”說的就是海洋表面上的波浪運動，這種運動所具有的能量叫作波浪能。同學們觀過錢塘江大潮嗎？那“滔天濁浪排空來，翻江倒海山可摧”的力量，則被人們稱為潮汐能。

怎么，鹽也有能量？也能發(fā)電？在生活中，同學們也許有過這樣的體驗吧！如果把一杯鹽水和一杯淡水倒在一個盆里，鹽水中的鹽分會自發(fā)地向淡水中擴散，一直到鹽分分散均勻為止。鹽分向淡水中擴散的過程，其實就是一個釋放能量的過程。

在鹽分濃度不同的海水之間，也會產(chǎn)生一種海水滲透的壓力，利用這個壓力也可以進行發(fā)電。人們把這種由于鹽分濃度差而產(chǎn)生的海水滲透的壓力，叫作海洋滲透能。而這個過程是由于鹽分濃度差而引發(fā)的，因此又被稱為鹽差能。

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海洋鹽差能知多少？

海洋能通常是指海洋中所蘊藏的可再生的自然能源，主要有潮汐能、波浪能、海流能、溫差能和鹽差能等。潮汐能與海流能來源于月球和太陽的引力，其他海洋能則來源于太陽輻射。

據(jù)估算，地球上存在著26億千瓦可利用的鹽差能，這在海洋能中可是名列前茅的。我國的鹽差能估計為1.1億千瓦，其中長江口及其以南的大江河口沿岸的資源量占到全國總量的92.5%。

利用海洋與陸地河口交界水域的鹽度差來進行發(fā)電，一直是科學家的夢想。那么，鹽差能到底有多大的力量呢？一般來說，海水的鹽度在3.5%左右，其與河水（淡水）之間的滲透能具有相當于240米水位差的能量密度。也就是說，這樣的滲透壓可以將海水側水池的水面提高240米。

多孔膜變“咸”為電

傳統(tǒng)的鹽差能發(fā)電主要為滲透壓式發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要用一個半透膜把海水和河水分隔開來，這個膜只能通過水分而不能通過鹽分。因此，在半透膜的兩邊就會產(chǎn)生一種滲透壓，從而促使水分從淡水側通過半透膜向海水側滲透。滲透的結果就是使得海水側的水位不斷升高，直到半透膜兩側的鹽濃度相同為止。利用滲透壓支撐的巨大水面落差，可以用來推動發(fā)電機進行發(fā)電。為了保證發(fā)電的連續(xù)性，必須不斷地向海水側補充高鹽度的海水。

盡管鹽差能儲量豐富，前景看好，但由于鹽差能發(fā)電工程難度較大，對于技術的要求也比較高，因此鹽差能發(fā)電一直未能大規(guī)模應用。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，人們對新型清潔能源的需求日益迫切。而鹽差能作為一種可再生的清潔能源，還有期待先進發(fā)電技術的不斷突破。

中國科學院理化技術研究所江雷院士研究組和吉林大學姜振華研究組的研究人員開發(fā)出了一種可大規(guī)模制備的三維多孔膜，有望將河流人?？诘柠}差能高效轉化為電能。據(jù)悉，該多孔膜是一種由兩種塑料制成并可調(diào)節(jié)表面電荷的三維薄膜。

在海水和淡水滲透壓差的作用下，這種三維多孔膜允許某種極性的帶電離子通過，并有選擇地過濾掉相反極性的帶電離子，從而產(chǎn)生凈電流。在實驗中，科學家用這種多孔膜作為主要部件制作的微小發(fā)電機可以為計算器穩(wěn)定可靠地供電。

測試表明，這種多孔膜每平方米能產(chǎn)生2.66瓦特的電能。該技術的商業(yè)應用將為“藍色能源”的開發(fā)、利用帶來新的希望。