|
作者：林落综合报道 来源： 发布时间：2018-2-1 15:54:30
| ||||
提到工业革命，就不得不提蒸汽机。
蒸汽机的改良促进了机械工业甚至社会的发展，解决了大机器生产中最关键的问题，推动了交通运输的空前进步，人类也从此进入“蒸汽时代”。直到20世纪初，蒸汽机仍然是世界上最重要的原动机。
两个多世纪之后，科学家们再次从蒸发中获得启发：来自美国哥伦比亚大学的科学家对天然水汽蒸发过程中可采集的能量进行评估后，发现其产生的功率密度居然达到了风电的3倍。这意味着如果能够合理利用水汽蒸发所产生的能量，那么其将会为人类提供大量的清洁电力。
蒸发的启迪
蒸发主要受制于水面所接受的太阳辐射能量。对于地球来说，其表面吸收的近一半太阳能会驱动水分蒸发，其能量规模相当可观。
根据美国哥伦比亚大学Ozgur Sahin及其同事的计算，在美国，除五大湖之外，现有的湖泊和水库每年水汽蒸发所产生的能量可产生28.5亿兆瓦时的电量，这相当于2015年美国总发电量的2/3。
“水本来就会蒸发，它无时无刻不在蒸发。如果你把某个表面弄湿了，它自己会干，这就是自然的力量。”Sahin表示，“我们做的只是找到一个方式把这种力量用于一些实际的工作。”
在2014年一项研究的基础上，Sahin发现，在潮湿的环境中，普通土壤中的细菌孢子会吸水膨胀，而在干燥的空气中则会释放水汽然后缩小。这些孢子大小变化的原理可以用于改变物体的长度。
得益于这一启发，Sahin的团队创建了几个微缩模型。这些模型都是用干燥时会收缩的材料制成的，比如粘有孢子的胶带。当胶带暴露在干燥空气中时，孢子体积缩小，胶带像弹簧一样缩短；而在潮湿的空气里，胶带就会变长。
“他们就像肌肉一样工作，能够产生很大的推拉力。”Sahin和同事将其称为“潮解性驱动的人工肌肉”。
之后，研究团队利用“人工肌肉”研制出了一个活塞状的水汽蒸发驱动型引擎。他们将“人工肌肉”放在一个带盖的塑料箱里，然后将箱子放置在水面上。蒸发的水汽使得“人工肌肉”膨胀并将盖子顶开，箱子里的湿气就会泄露出去；水汽一减少，“人工肌肉”就会缩小，盖子又重新被盖上。这个过程会一直循环往复。最终，研究人员利用收集到的蒸发能量点亮了一个发光二极管。
值得一提的是，这种类似的水汽蒸发驱动型引擎能够全天候工作。虽然夜间的蒸发较少，但是白天被阻挡的那部分蒸发会以温水的形态储存下来。“夜晚就能够利用这个能量，这是一个巨大的优势。”Sahin解释。
科学家们研制的第二个机器带有一个塑料轮子，轮子被粘了孢子的胶带覆盖。轮子的一半被放置在干燥的空气中，这一部分的胶带会卷起；轮子的另一半被放在相对潮湿的空气中，胶带则会伸直。机器工作时轮子就开始旋转，旋转所产生的动力足以驱使一个玩具车前进。
潜力巨大
水汽蒸发驱动型引擎和能量采集器方面的技术，还可以使蒸发造成的水流失减少近一半。因此，对于经常出现水资源紧张和水短缺的地区，这类能源采集系统可能会受到欢迎。
虽然科学家们已经展示了将蒸发能量转化为功的能力，但是人们对这种资源尚有疑惑，主要是对其可用性、可靠性和未来潜力等知之甚少。
“问题在于是否有实际的方法来捕获能量。”美国斯坦福大学卡内基科学研究所的Ken Caldeira坦言。他对于这一装置能否有效地将水汽蒸发产生的能量转化为电能表示怀疑。
此外，研发能够大批量生产的蒸发发电机也是一项艰巨的任务。事实上，目前很少有团队探索这一领域。
而随着水上太阳能发电厂的日益普及，这项新技术可能还面临着与太阳能板竞争的残酷现实。但正如Sahin所说的，蒸发发电机可以用便宜的生物材料做成，成本十分低廉，并且可以通过湖面或者海面持续蒸发的水汽来获得动力，因此就这一点而言比太阳能板更具有优势。
如果这项技术真的能够实现大规模应用，那么它可能会因为减少蒸发而影响当地气候。但据研究团队推断，其至少要覆盖25万平方公里的面积才能产生效果。而就如此大的尺度来说，其实所有形式的能源发电，包括风能和核能都能够影响天气和气候。但在一些极端降雨越来越严重的地区，减少水汽的蒸发或许能够带来一些有益的效果。
即便这项技术仍有待完善，但不可否认的是，这项发明为我们提供了一个利用能源的新思路。研究团队相信，他们的发现可以推动水蒸发能量转化材料与装置的改进，未来或将为可再生能源面临的间歇性问题提供一种良好的解决方案。■
《科学新闻》 (科学新闻2018年1月刊 能源)
|
||||
| 发E-mail给： | ||||
|
| 打印 | 评论 |
| ||||
