新膜使我们能够从水中收获“渗透”能量

到现在为止,每个人都听说过太阳能和风能。您可能也熟悉水力发电,甚至是地热能。但是很少有人熟悉渗透能量。

到现在为止,每个人都听说过太阳能和风能。您可能也熟悉水力发电,甚至是地热能。但是很少有人熟悉渗透能量。

渗透能量厂相当罕见,因为它们使用的关键组成部分之一(一种可渗透的膜)倾向于崩溃,需要频繁替换并促进运营成本。现在,新的研究发现了一种更好,更耐用的膜,这可能会导致这种可再生能源的回报明显更好。

2009年在挪威Tofte的世界第一家渗透发电厂内部拍摄的图像。此后,该项目由于其高运营成本而被搁置,强调了需要更好,更高效的技术。

Poppe,Cornelius/AFP通过Getty Images

渗透能量到底是什么?

渗透能量利用新鲜和海水之间的压力和盐度差异来产生电力。它唯一的废物是微咸水,它只是比淡水咸的水,但比海水更少。尽管与其他可再生能源相比,它不会产生大量能源,但它非常一致。从风力涡轮机和太阳能电池板中得出的能量随着天气,时间和当地气候的极大波动,但是无论新鲜和盐水都相遇,渗透能量或多或少地在同一年份中起作用。

通常,渗透是液体通过半渗透膜从稀释溶液转移到浓缩溶液的过程。它一直在您的体内发生,这对于基本生物学过程至关重要。

渗透发电厂通常使用两种主要技术之一。在压力延迟的渗透(Pro)中,将淡水聚集在一个水箱中,而盐水则将其保存在另一个水箱中。在两者之间,膜分开两者。该膜具有特殊的特性,仅允许淡水通过,但不能通过盐水。结果,淡水通过膜抽取,稀释了相应的水箱中的盐水,但也会升高压力。从这种压力中,我们可以得出能量。其他技术,反向电透析渗透(红色),它利用了盐水比淡水更阳性和负离子的事实。通常,这些离子会进入淡水,平衡溶液。但是,当收集渗透能量时,膜可以选择性地仅允许正离子或负离子通过,将盐和淡水罐转动成一种被动发电的电池。

受骨骼和软骨的启发

但是,我们之所以看不到这两种植物的更多原因是由于膜。渗透膜很细腻,必须保留特定的特征才能保持半渗透。暴露于这些元素时,它们往往会随着时间的流逝而降解。

尤尔(Joule)杂志上描述的最新研究提出了一种新的,耐用的膜,灵感来自骨骼和软骨的启发。该膜将用于红色应用。

骨头是一种非常强大的材料,但不允许离子的运输,而软骨允许离子易于通过的脆弱材料可以轻松地通过。渗透能量的膜需要强度和运输离子的能力。

以此为灵感,研究人员开发了一种由氮化硼和芳香纳米纤维组成的膜。硝化硼在以前的膜上表现出了希望,但随着时间的流逝倾向于发展裂缝。为了解决这个问题,研究人员调查了Kevlar中经常使用的一类合成纤维:Aramid纳米纤维。通过将硝酸硼和阿拉米纳米纤维分层分层,研究人员开发了一种足够坚固的材料,可以持续使用,同时保持灵活性和有效地运输离子。 ,但它的性能也非常长。他们将膜循环20次,观察到200小时的效率,并且没有任何性能下降。

此外,膜在广泛的pH和温度范围内可以很好地发挥作用。其他膜只能在特定条件下表现良好,需要定期更换,从而增加了维持所需的能量量。在发电厂中实施更耐用,更持久的膜将意味着该工厂可以产生更多的电力,因为它需要更少的能量维护。

虽然这项研究仅作为概念证明,但它确实表明我们在解决可再生能源的问题方面越来越好。不仅如此,而且还强调了我们有多少可用的能量 – 只要我们愿意创造性地思考并在正确的地方思考即可。幸运的是,我们可能会开始看到更多在世界河流口中运行的渗透能量工厂。

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