什么是渗透能?它如何能满足全球五分之一的能源需求?

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  • 渗透能是一种稳定、零碳的可再生能源,具有全球发展潜力,可以全天24小时发电。

  • 纳米流体技术和膜设计的近期突破,使渗透能的商业化成为可能。

  • 全球各地的试点项目表明,渗透能正朝着规模化发展的方向推进,并在能源之外推动可持续资源管理的发展。

渗透能由河水与海水之间的盐度差异产生,正逐渐成为一种有前景的可再生电力来源。与风能或太阳能不同,这种电力稳定、零碳,并且在河流汇入大海的任何地方都自然存在。

“渗透能清洁、完全天然,在所有沿海地区全天24小时可用,几乎可以瞬间启动,并且非常容易调节,”Sweetch Energy联合创始人Nicolas Heuzé解释道,Sweetch Energy。该公司致力于推动这项技术实现规模化应用。

世界经济论坛近期将渗透能列为2025年值得关注的10项新兴技术之一;目前,该技术正由论坛的全球未来能源技术前沿理事会进行评估。

在法国,名为OPUS-1的示范设施于2024年底在罗讷河河口开始测试。该试点场地旨在展示渗透系统如何在实际条件下运行。

在该设施中,管道分别输送淡水和海水。水流经选择性膜进行可控流动,从而产生离子电流——这正是将渗透能转化为电能的核心机制。

近年来,新的科学突破和材料专利提升了渗透能系统的潜在可行性。

据世界经济论坛技术先锋企业Sweetch称,如果在罗讷河河口更广泛地复制此类设施,可提供高达500兆瓦的零碳电力,足以为150多万人供电。这相当于法国南部马赛及其都市区的人口规模。

关于地理机遇:Sweetch表示,该公司正在北美和亚洲探索类似的机遇,这些地区的渗透能资源十分可观。

据迪拜未来基金会估计,渗透能系统最终可满足全球近五分之一的电力需求,即每年约5,177太瓦时(TWh)。

“从全球来看,尤其是在澳大利亚和中东等富含盐分的地区——这些地区获取微咸水或海水的途径多于获取淡水的途径——这些发电系统在基荷能源和清洁水生产方面具有巨大潜力,”澳大利亚国立大学控制论学院院长Katherine Daniell博士表示。

除许可流程以及有效的环境和社会影响评估外,一旦为渗透能系统投入足够的资金,要实现广泛应用,所面临的障碍相对较少——这些障碍主要是技术性和经济性的。

从实验室走向发电

渗透能系统的概念并不新颖。

“自1950年代起,学术界和工业企业就已关注这一概念,”Heuzé表示。

据Sweetch称,三角洲和河口每年释放近30,000太瓦时的渗透能,超过了全球的电力需求。

20世纪70年代,人们曾尝试利用这种原本会消散的渗透能,但由于用于产生发电所需离子电流的膜效率低下、发电量很小,相关技术未能实现商业化。

但Daniell在接受《The Innovator》采访时表示,近年来,新的科学突破和材料专利提升了渗透能系统的潜在可行性。《The Innovator》。

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Sweetch Energy的技术源于法国高等师范学院物理实验室一个团队的技术突破,该团队由Lydéric Bocquet领导。

该公司并未只关注制造膜的材料,而是转向研究纳米流体。首批实验采用一根独特的纳米管,在离子传输过程中将其置于两个储液池——一个储存盐水,另一个储存清水——的交汇处。

Heuzé表示,这些实验最重要的经验在于,提出了一条基于纳米尺度下最佳渗透传输的膜设计新路径。“在纳米管中,孔径可以比以往的孔径大100倍,这意味着离子可以更快地流动,从而更易于规模化,”他说。

可再生能源中的竞争力

Heuzé与联合创始人Bruno Mottet和Pascal Le Melinaire就技术的商业化问题与Bocquet接洽,Sweetch Energy于2015年成立。

团队随后用六年时间开发了一种新型膜,旨在复制实验室中形成的高效纳米扩散,同时采用低成本、可持续且便于工业化生产的材料。

最终成果是一种新型纳米多孔膜:INOD(离子纳米渗透扩散)膜。该膜由地球各处都可获得、并在其他行业中广泛应用的天然材料制成。结合专有电极系统,这些膜兼具高离子选择性和高离子传输性,从而可以产生更多能量。

INOD膜目前正被用于法国罗讷河三角洲首个生产渗透能的试点场地。

渗透系统可以在可持续资源管理中发挥更广泛的作用

目标是实现全天24小时发电,并于2030年前将成本降至每兆瓦时100欧元,届时该成本将可与核能、煤炭和天然气(美国的天然气除外)等主要基荷能源竞争,并且比与电池结合使用的其他可再生能源更为便宜。

其他机构也在尝试扩大渗透能的规模。日本首座渗透发电厂已于8月5日投入运营,位于西南部的福冈县。

福冈地区水务机构预计,该发电厂每年将发电88万千瓦时。所发电力将用于一座海水淡化设施,为该市及周边地区提供淡水。

一家获得欧盟资助的丹麦公司,SaltPower,成立于2015年,目前已在利用地热场地涌出的超高浓度盐溶液发电。

能源之外

一旦该技术实现规模化,公用事业公司或将开发混合可再生能源系统,将渗透能与风能、太阳能和水电技术相结合,从而增强当地的能源韧性。

渗透能的影响超出了电力领域。据迪拜未来基金会称,渗透能技术可能带来新的海水淡化方法,并在此过程中回收锂等关键资源。该基金会表示,这可能形成相互关联的系统,使水资源管理、能源生产和资源开采实现深度整合。

这些应用表明,渗透系统可以在可持续资源管理中发挥更广泛的作用,以新的方式将能源、水和材料连接起来。

尽管仍存在挑战,例如环境评估、监管框架和基础设施规模化建设等,但科学研究和早期试点项目表明,渗透能未来可能与风能、太阳能和水电一道,成为可靠的可再生电力来源。

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