科學家發明新方法，收集淡水與鹽水交匯處的能量
美國賓州州立大學（Pennsylvania State University）的科學家們成功利用河海交匯處淡水和鹽水的鹽濃度差異，設計了一種新的能量收集方法。與已有方式相比，這種新方法效率更高，前景良好。
理論上，淡水與海水的鹽濃度差異中蘊含的能量可以滿足全球 40% 的電量需求。過去雖然已經有方法收集這種能量，但即便是其中最成功的兩種——壓力延遲滲透（pressure retarded osmosis，PRO）和反向電滲析（reverse electrodialysis，RED），也遠未達到實用的要求。
[related-post url=”https://tomorrowsci.com/science/%E4%BA%BA%E9%80%A0%E6%A8%B9%E8%91%89%E7%9B%B4%E6%8E%A5%E5%B0%87co2%E8%BD%89%E5%8C%96%E7%82%BA%E7%87%83%E6%96%99/”]收集鹽濃度差異中的能量
壓力延遲滲透（PRO）是目前最常用的方法，它使用一種半透膜，讓水分流通並排斥鹽分。該過程產生的滲透壓通過渦輪轉動轉化為能量。
單看能量收集效率的話，PRO 是目前最好的技術。但 PRO 有兩個問題：第一，PRO 用到的半透膜上面的孔非常小，很容易堵塞，並滋生細菌。第二，PRO 不能在鹽度太高的水體中使用。
反向電滲析（RED）利用電化學梯度，在離子交換膜兩側產生電壓。離子交換膜只允許陽離子或陰離子通過，因此只有溶解的鹽才能通過，水本身不能。由於膜的選擇性通透性，當氯離子或鈉離子被阻擋時，能量就會產生。
離子交換膜不透水，因此不像 PRO 的半透膜那樣容易堵塞，但 RED 的不足之處在於產能有限。
第三種方法，稱為電容混合（capacitive mixing，CapMix），是相對較新的一種方法。將兩塊相同的電極依次置於兩種不同鹽濃度的液體中，產生電壓。
與反向電滲析一樣，電容混合的問題也是收集能量的效率不高。
集合優點，設計新方法
賓州州立大學的環境工程學教授 Christopher Gorski ，與 Evan Pugh 教授和博士後學者 Taeyoung Kim 合作，成功結合 RED 和 CapMix 兩種技術，設計了一種電化學流通池，可以更高效地收集鹽濃度差中的能量。
這種流通池有兩個通道，之間以陰離子交換膜隔開。每個通道中都置有六氰合鐵酸銅電極，然後利用石墨箔收集電流。
運作時，一個通道連接鹽水，另一個連接淡水。周期性交換水流通路，讓裝置再次充電，再次產能。
Gorski 解釋，首先是讓鹽通過電極，其次是讓氯離子通過膜。這兩個過程都會產生電壓，因此最後獲得的是電極和膜上的合成電壓。
實驗結果表明，這種新的電化學流通池的功率密度可以與 PRO 比肩，並遠高於單獨使用 RED 或 CapMix。
[related-post url=”https://tomorrowsci.com/environment/%E7%BE%8E%E5%9C%8B%E7%94%9F%E7%89%A9%E8%83%BD%E6%BA%90%E7%99%BC%E9%9B%BB%E5%BB%A0%E4%BB%A5%E5%9E%83%E5%9C%BE%E4%BE%9B%E9%9B%BB/”]技術前景
雖然結果前景良好，研究人員計劃繼續研究電極的穩定性，了解海水中其他元素，如鎂和硫酸鹽對流通池的影響。
可以肯定的是，如果這一技術投入使用，遍布世界的河海交匯口將為全球帶來大量清潔能源。正像 Gorski 所說：「如果我們可以獲得碳平衡的能源，我們就應該使用它。」
參考資料：
- Matthews, J. (2017, May). Where the rivers meet the sea: Harnessing the energy generated when freshwater meets saltwater. Penn State News.
