昨日，Sicence官網上有一篇名為“Rivers could generate thousands of nuclear power plants worth of energy, thanks to a new ‘blue’ membrane”的文章，Doi:10.1126/science.aba4523，有興趣的讀者可以自行去看。
研究簡述：新型薄膜利用淡水和鹽水之間的化學差異來發電
河流入口
河口是河流向海洋注入淡水的地方，在一種新型的薄膜的幫助下，河口可以變成巨大的發電廠。如果研究人員能夠以一種負擔得起的方式放大郵票大小的薄膜，它就可以為淡水河流入海的沿海國家的數百萬人提供無碳能源。
韓國浦項科技大學的機械工程師Hyung Gyu Park說：“這令人印象深刻。我們這個領域等待這一成功已經很多年了。”
藍色能源的前景源於其規模:河流每年向海洋排放約37,000立方公里的淡水。根據最近的一項估計，淡水和鹽水之間的這種交匯創造了大量發電的潛力，達到2.6太瓦，大致相當於2000座核電站的發電量！
原理
目前已經建成了兩座藍色能源發電廠，但它們的高成本阻礙了廣泛採用。所有的獲取藍色能源方法都依賴於這樣一個事實:鹽是由離子或帶有正電荷或負電荷的化學物質組成的。在固體中，正電荷和負電荷相互吸引，使離子結合在一起(例如，食鹽是一種由帶正電荷的鈉離子與帶負電荷的氯離子結合而成的化合物)。在水中，這些離子可以分離並獨立運動。
通過將鈉或鉀等正離子泵到半透膜的另一側，研究人員可以創造出兩個水池:一個帶正電荷，一個帶負電荷。如果他們把電極浸入池中，用電線連接，電子就會從帶負電荷的一側流向帶正電荷的一側，從而產生電流。
研究限制
2013年，法國研究人員製造了這樣一種膜。他們使用了一種氮化硅陶瓷薄膜，這種薄膜通常用於電子產品、切割工具和其他用途，這種薄膜由內襯氮化硼納米管(BNNT)的單個孔洞穿透，這種材料正被研究用於高強度複合材料等。因為BNNTs帶高度的負電荷，法國研究小組懷疑他們可以阻止水中帶負電荷的離子通過膜(因為相似的電荷相互排斥)。他們的預感是對的。他們發現，當帶有單一BNNT的膜被放置在淡水和鹽水之間時，帶正電的離子從鹹的一邊快速地跑到新鮮的一邊，而帶負電的離子大多被阻擋。
氮化硼納米管
研究人員估計，每平方釐米上有數百萬個小孔的膜每平方米每年可以產生約30兆瓦時的電量。這些電力足夠400多戶家庭使用。但事實證明，即使是製作郵票大小的薄膜也是不可能的，因為沒有人知道如何使所有細長的BNNT與薄膜垂直排列。
研究突破
來自新澤西州皮斯卡塔韋羅格斯大學機械工程師Jerry Wei-Jen Shan實驗室的博士生Semih Cetindag報告說，他們的團隊現在已經破解了密碼，納米管很簡單。Cetindag說實驗室只是從一家化學供應公司購買。然後，科學家們將這些物質添加到一種聚合物前體中，然後將其擴散到一層6.5微米厚的薄膜中。
研究人員利用磁場確定隨機排列的電子管的方向，由於BNNT沒有磁性，所以Cetindag把帶負電荷的管子塗上了帶正電荷的塗層；由於組成它的分子太大了，無法裝入BNNTs，因此使它們的通道處於開放狀態。然後，Cetindag將帶負電荷的磁性氧化鐵顆粒加入到混合物中，並附著在帶正電荷的塗層上。
當研究人員施加磁場時，他們可以操縱這些管子，使它們在聚合物薄膜上最整齊地排列。然後他們用紫外線來固化聚合物，把所有東西都固定在原位。最後，研究小組用等離子束腐蝕掉了膜的頂部和底部表面的一些物質，確保管道的兩邊都是打開的。
最後一層膜每立方厘米含有大約1000萬公噸碳納米管。當研究人員把他們的薄膜放在一個分離鹹水和淡水的小容器中時，它產生的能量是之前法國團隊BNNT實驗的8000倍。
這種功率提升可能是因為他們使用的BNNTs更窄，因此可以更好地排除帶負電荷的氯離子。Cetindag說：“我們沒有充分利用膜的潛力，因為在等離子體處理後只有2%的BNNTS在膜的兩側是開放的。”
現在，研究人員正試圖在他們的薄膜中增加開放氣孔的數量，這可能在未來的某一天會給藍色能量的倡導者帶來期待已久的鼓舞。
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