來自淡水與海水交界處的電力,鹽差能電池有望讓污水處理廠自供電

作者 | 發布日期 2019 年 07 月 31 日 8:00 | 分類 環境科學 , 能源科技 follow us in feedly


淡水與海水交界處其實也有發電來源,透過鹽度濃淡不同的化學電位差能,我們得以獲得接近取之不盡、用之不竭的電力。最近美國史丹佛大學變以鹽差能概念,研發出具經濟效益又耐用的「電池」,或許能助沿岸的污水處理廠能源獨立。

在鹽差能的概念其實很日常,就好像在混合果汁一樣,當我們把兩種鹽分濃度不同的液體倒在同一容器時,濃度較高溶液中的鹽離子會慢慢地向低濃度溶液擴散,直到濃度相等為止,而鹽差能發電就是利用兩種鹽濃度不同的水,就好比淡水與海水的化學電位差能,再把它轉換為電力。

也因為該技術能應用在任何淡水、鹽水交會的地點,人們也可以用鹽湖和地下鹽礦的鹽差能來發電,據估算,世界上鹽差能潛力更高達 26 億 KW,目前許多團隊更致力將鹽差能商業化,像是荷蘭的逆電析、挪威的壓力遲滯滲透膜法等等。而史丹佛大學認為,鹽差能也可以應用在污水處理廠,或許團隊能利用新技術,讓佔美國 3% 電力的高耗電污水處理廠自供電。

研究指出,淡水與海水混合後,每平方公尺約能產生每小時 0.65 KW 電力,理論上來說,全球污水處理廠發電量高達 18GW,足夠為 1,700 戶住家供電一年。

為此史丹佛大學這次則帶來全新的鹽差能法子,決定不採用滲透膜、打造出鹽差能電池:混合熵電池(mixing entropy battery,MEB,熵音同商),透過淡水交換、淡水充電、海水交換與排放出海四步驟,將鹽差能轉換成電。

▲ MEB 運作四步驟(Source:ACS Omega

根據團隊在《ACS Omega》發表的研究,首先在淡水交換步驟中,廢水會流出快速跟海水交換,充電時將鈉離子和氯離子釋放到溶液中,使電流從陰離子電極流向陽離子電極,之後再進行一次海水/廢水交換,最後電極則會重新吸收鈉離子和氯離子,使電流朝向另一端流動。

他們也透過普魯士藍與聚吡咯製作出全新的電極,這兩種材料價位不到 1 跟 3 美元,前者是被受看好的儲電染料,後者則已是製作電池的好幫手。為了測電池性能,團隊也用來自當地廢水處理場的水跟海水來測試鹽差能電池,每小時將廢水跟海水交換,經過 180 次的循環後,鹽差能電池材料仍保有 97% 的性能。

只不過電池的發電量著實不高,但研究員不氣餒,MEB 電池占地不大、運作簡單、也不用充電跟搭配多種活動零件,還是有許多優點,或是等比例放大,也足夠供電給沿岸的污水處理廠,甚至能再供電給附近的工廠,除此之外,史丹佛大學也正打算製造不同大小、模組化的 MEB 電池,希望能透過多個電池運作來提高發電量。

(首圖來源:Flickr/Saspotato CC BY 2.0)

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