昨日，Sicence官网上有一篇名为“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，有兴趣的读者可以自行去看。
研究简述：新型薄膜利用淡水和盐水之间的化学差异来发电
河流入口
河口是河流向海洋注入淡水的地方，在一种新型的薄膜的帮助下，河口可以变成巨大的发电厂。如果研究人员能够以一种负担得起的方式放大邮票大小的薄膜，它就可以为淡水河流入海的沿海国家的数百万人提供无碳能源。
韩国浦项科技大学的机械工程师Hyung Gyu Park说：“这令人印象深刻。我们这个领域等待这一成功已经很多年了。”
蓝色能源的前景源于其规模:河流每年向海洋排放约37,000立方公里的淡水。根据最近的一项估计，淡水和盐水之间的这种交汇创造了大量发电的潜力，达到2.6太瓦，大致相当于2000座核电站的发电量！
原理
目前已经建成了两座蓝色能源发电厂，但它们的高成本阻碍了广泛采用。所有的获取蓝色能源方法都依赖于这样一个事实:盐是由离子或带有正电荷或负电荷的化学物质组成的。在固体中，正电荷和负电荷相互吸引，使离子结合在一起(例如，食盐是一种由带正电荷的钠离子与带负电荷的氯离子结合而成的化合物)。在水中，这些离子可以分离并独立运动。
通过将钠或钾等正离子泵到半透膜的另一侧，研究人员可以创造出两个水池:一个带正电荷，一个带负电荷。如果他们把电极浸入池中，用电线连接，电子就会从带负电荷的一侧流向带正电荷的一侧，从而产生电流。
研究限制
2013年，法国研究人员制造了这样一种膜。他们使用了一种氮化硅陶瓷薄膜，这种薄膜通常用于电子产品、切割工具和其他用途，这种薄膜由内衬氮化硼纳米管(BNNT)的单个孔洞穿透，这种材料正被研究用于高强度复合材料等。因为BNNTs带高度的负电荷，法国研究小组怀疑他们可以阻止水中带负电荷的离子通过膜(因为相似的电荷相互排斥)。他们的预感是对的。他们发现，当带有单一BNNT的膜被放置在淡水和盐水之间时，带正电的离子从咸的一边快速地跑到新鲜的一边，而带负电的离子大多被阻挡。
氮化硼纳米管
研究人员估计，每平方厘米上有数百万个小孔的膜每平方米每年可以产生约30兆瓦时的电量。这些电力足够400多户家庭使用。但事实证明，即使是制作邮票大小的薄膜也是不可能的，因为没有人知道如何使所有细长的BNNT与薄膜垂直排列。
研究突破
来自新泽西州皮斯卡塔韦罗格斯大学机械工程师Jerry Wei-Jen Shan实验室的博士生Semih Cetindag报告说，他们的团队现在已经破解了密码，纳米管很简单。Cetindag说实验室只是从一家化学供应公司购买。然后，科学家们将这些物质添加到一种聚合物前体中，然后将其扩散到一层6.5微米厚的薄膜中。
研究人员利用磁场确定随机排列的电子管的方向，由于BNNT没有磁性，所以Cetindag把带负电荷的管子涂上了带正电荷的涂层；由于组成它的分子太大了，无法装入BNNTs，因此使它们的通道处于开放状态。然后，Cetindag将带负电荷的磁性氧化铁颗粒加入到混合物中，并附着在带正电荷的涂层上。
当研究人员施加磁场时，他们可以操纵这些管子，使它们在聚合物薄膜上最整齐地排列。然后他们用紫外线来固化聚合物，把所有东西都固定在原位。最后，研究小组用等离子束腐蚀掉了膜的顶部和底部表面的一些物质，确保管道的两边都是打开的。
最后一层膜每立方厘米含有大约1000万公吨碳纳米管。当研究人员把他们的薄膜放在一个分离咸水和淡水的小容器中时，它产生的能量是之前法国团队BNNT实验的8000倍。
这种功率提升可能是因为他们使用的BNNTs更窄，因此可以更好地排除带负电荷的氯离子。Cetindag说：“我们没有充分利用膜的潜力，因为在等离子体处理后只有2%的BNNTS在膜的两侧是开放的。”
现在，研究人员正试图在他们的薄膜中增加开放气孔的数量，这可能在未来的某一天会给蓝色能量的倡导者带来期待已久的鼓舞。
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