巨大能源获取的新希望——纳米流体装置

世界经济的现代化,得益于化石能源(如石油、天然气、煤炭与核裂变能)的广泛应用。然而,这一经济的资源载体将在21世纪上半叶迅速地接近枯竭,并给人类的生存环境带来巨大的影响,严重地制约世界经济的发展。大力发展可再生绿色能源取代生化资源已经迫在眉睫。

水能是一种可再生能源,主要用于水力发电。水力发电是利用水位落差 ,配合水轮发电机产生电力,也就是利用水的位能转为水轮的机械能,再以机械能推动发电机,而得到电力。你可否知道在河水流入大海的交汇处还有一个巨大的能源宝库?淡水和海水之间存在一定的盐度梯度,在它们之间用半透过性薄膜隔开,那么膜两侧就会有渗透压,存在渗透能。理论上,全球河流流入大海的地方有产生约2太瓦电力的潜力,相当于2008年世界的耗电量。目前,使用薄膜获取这些能量的方法有两种,即压力延缓渗透和反向电渗析。然而,这些技术获取渗透能的量相当低,而且受膜的限制很大。

最近,新加坡南洋理工大学材料和工程学院的Zhang和Chen在Angeweandte Chemie发表文章,重点介绍了如何利用在纳米尺度上的空间受限装置在获取盐度梯度能量这一可再生绿色能源的应用前景。该文章提及了来自里昂大学Bocquet教授领导的团队已经开发出一个精致、有效的纳米流体装置,该装置的独特设计和材料选择使它从盐度梯度中提取能量的能力显著增强。有趣的是,该装置以具有分解水为氢离子能力的氮化硼(BN3)作为材料,使得其具有巨大的表面电荷,并能够产生比其他材料更大的渗透势。而且,这个装置的作用机制可能会对超滤作用、脱盐作用甚至生物分析产生潜在影响。当然,文章也指出,目前还需要克服几个挑战,如设备的可扩展性和这种方法的实用性。

曾 文军 About 曾 文军

厦门大学,药学院,化学生物学专业