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蓝色能源突破：用渗透作用代替化石燃料

时间：2022-04-01 20:16:10 来源：

似乎每天都在开发一种新能源，它将彻底改变行业。在没有对所涉及的科学，工程和财务挑战有深刻理解的情况下，经济学家，能源公司高管和政府政策分析人员很难将炒作与可行性区分开来。

通常使用代理来确定突破的合理性，例如发布该信息的期刊的声望，发现该创新的机构的声望，或者该公司如何推广最新技术。

从工程的角度来看，在大肆宣传的同时将内容放在上下文中常常令人沮丧。同时，人们经常期望工程师使用隐喻，示例和插图来提炼信息，以描述最新革命的含义。如下图所示，当非STEM个体看到方程式时，他们的灵魂所遭受的恐惧是可悲的。

这种现象的一个很好的例子是渗透动力领域的最新突破。

渗透作用

通过盐浓度的差异获取能量或产生有用的工作是一种自然的生物现象：鱼类在呼吸时会使用这种物质，而人类会在整个身体（包括血液）中利用这种物质。它在发电中的应用相对较少，这主要是由于膜技术的问题（动植物具有细胞壁，可以很好地完成此功能）。

缓压渗透（PRO）

通过渗透获取能量有两种思路。首先是让水通过，在咸侧产生更大的头部压力：

然后可以使用该膜来运行涡轮机：

为了了解如何应用该技术，需要考虑两个方程式。

或更简单地说：

（点击放大）

膜移动离子的速度与膜上有多少个孔或孔的密度有关。跨膜的压力与孔的厚度和大小有关：较大的孔意味着较小的压差。渗透压差实际上很难控制，这与海水的盐度以及所考虑的淡水或微咸水有关。术语“可π以写成：

（点击放大）

在这里，使用0.9摩尔/升作为盐水和适度微咸水之间的差，而不是理想的盐与淡水之间的差。为了更好地进行比较，325 PSI是750英尺的水头，大约是胡佛水坝的高度。相关：灾难发生30年后：乌克兰计划在切尔诺贝利建立巨大的太阳能农场

但是，渗透压差只是以上等式1的一部分，并且没有考虑实际限制。2009年在挪威建立了一个以此为基础的工厂，产生约2-4 kW的功率：大约足以为两个微波供电。在确定所需的膜非常大之后，该工厂运营至2013年，制造和安装成本非常高。对于相同的安装成本，可以建造罗尔斯·罗伊斯天然气发电厂，其发电量几乎是15兆瓦的4000倍。

反电渗析（RED）渗透

第二种思路是让离子从盐水流到淡水一侧，在两侧产生微咸水，但同时在两侧产生电流：

RED的运行方式与电池非常相似，并且具有优于PRO的优势，不需要运行作为维护项目的涡轮机。最近，瑞士一所大学，洛桑联邦理工学院（EPFL）是一所备受推崇的学校，该校在备受推崇的学术期刊《自然》（Nature）上发表了一篇文章，谈到RED技术的突破：特别是在RED技术上的突破。膜技术应用于RED。

新的基于RED的渗透纳米发电机使用0.65nm厚的MoS2膜。膜上的孔的直径为5nm，膜两侧的溶液均含有氯化钾。尽管此技术的理论应用潜力在2000个核电站范围内，但要使这种类型的电力可行，仍然存在许多重大技术挑战：

尚未完成制作平方米的MoS2膜。它值得尝试，但是要实现商业可行性需要很长时间。

膜上的孔直径为5nm：比任何已知的病毒都小，比大多数阻塞人肺的煤尘还小。确保膜保持清洁并非易事。

这项突破的首席科学家指出，一种潜在的应用是为纳米传感器供电的纳米发电机：比电网小许多量级甚至是分布式发电规模。随着超薄膜技术和硼纳米管的进一步发展，对于诸如这些膜的纳米孔应用，能量密度可能会降低。

这种类型的研究对于在所有其他化石燃料使用停止后最终使我们摆脱核能至关重要。商业和工业生产涉及的时间范围超过25至50年。幸运的是，借助核电，我们可以弥合差距，因此我们有时间开发这些类型的技术。然而，围绕这些突破类型的炒作可能不利于绿化网格方面的更大任务。

由Matt Slowikowski为Oilprice.com设计：


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