海水可以变成氢燃料了!未来要从海上获取能源了。
海洋可能很快成为可再生能源的宝贵来源。
斯坦福大学的一个科学家小组已经找到了一种用盐水制造氢燃料的方法。这一发现可以打开世界海洋作为潜在的能源。研究人员将电解或将水分解为氢气和气体的行为,作为一种有前景的可再生能源新来源。但它带来了许多障碍 一个主要的问题是只有纯净水才能用于电解。海水往往会腐蚀水分解系统。
不幸的是,纯净水本身就是一种稀缺资源。这就是为什么斯坦福大学化学教授戴红杰和她的团队试图找到一种方法来防止盐水分解用于分解水的装置。“在加利福尼亚州,我们目前的需求几乎没有足够的水,” 戴在一份新闻稿中表示。
斯坦福大学的团队将镍 - 铁氢氧化物和硫化镍层叠在镍泡沫核心之上,基本上形成了一个屏障,可以减缓底层金属的腐烂。通过充当导体,镍泡沫从电源传输能量,并且镍 - 铁氢氧化物激发电解。没有镍涂层会发生什么?水分解装置持续约12小时,不能承受海水腐蚀。但是使用镍层,该设备可以持续运行超过一千小时。
我们仍然远离利用海水作为新的可再生能源。这一新发现并未在斯坦福大学的研究实验室之外进行。但科学家们希望它能为增加氢燃料的使用铺平道路。
海洋能是可再生能源
海洋能指依附在海水中的可再生能源。海洋通过种种物理过程接收、储存和散发能量。这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式,存在于海洋之中。整个海水的容积多达13.7亿立方千米。
一望无际的大海,不仅为人类提供航运、水源和丰富的矿藏,而且还蕴藏着巨大的能量。它将太阳能以及派生的风能等,以热能、机械能等形式蓄在海水里,不像在陆地和空中那样容易散失。所以海洋能是可再生能源。
海洋再生能源是指利用可再生的潮汐发电、波浪发电、海洋温差发电、海流发电等清洁能源技术来获取人类日益增长的能源需求的能源。
因为太阳、月亮作用于地球的万有引力与地球自转运动使得海洋水位形成高低变化,这种高低变化,称之为潮汐。
潮汐发电就是利用涨潮与退潮来发电,与水力发电原理类似。当涨潮时海水自外流入,推动水轮机产生动力发电,退潮时海水退回大海,再一次推动水轮机发电。全世界仅有少数潮汐发电厂在运转,其中法国、中国、苏联与加拿大的潮汐电厂总容量合计约263百万瓦。
海洋温差发电(oceanthermalenergyconversion,OTEC)就是利用深海冷水(约摄氏1-7度)与表层的温海水(摄氏15-28度)之间的温度差,经热传转换来发电。
海洋蕴藏着丰富的可再生能源,包括潮汐能、波浪能、海水温差能、海流能、盐差能等。科学家估计这些能源的理论蕴藏量约有1 500多亿千瓦,可开发利用的有70多亿千瓦,相当于目前全世界发电能力的十几倍,在人类未来的能源供应中有重大的意义。
海洋能(ocean energy)是海水运动过程中产生的可再生能源,主要包括温差能、潮汐能、波浪能、潮流能、海流能、盐差能等。潮汐能和潮流能源自月球、太阳和其它星球引力,其它海洋能均源自太阳辐射。
海水温差能是一种热能。低度纬的海面水温较高,与深层水形成温度差,可产生热交换。其能量与温差的大小和热交换水量成正比。潮汐能、潮流能、海流能、波浪能都是机械能。潮汐的能量与潮差大小和潮量成正比。波浪的能量与波高的平方和波动水域面积成正比。在河口水域还存在海水盐差能(又称海水化学能),入海径流的淡水与海洋盐水间有盐度差,若隔以半透膜,淡水向海水一侧渗透,可产生渗透压力,其能量与压力差和渗透能量成正比。
地球表面积约为5.1×10^8km^2,其中陆地表面积为1.49×10^8km^2占29%;海洋面积达3.61×10^8km^2,以海平面计,全部陆地的平均海拔约为840m,而海洋的平均深度却为380m,整个海水的容积为1.37×10^9km^3。一望无际的大海,不仅为人类提供航运、水源和丰富的矿藏,而且还蕴藏着巨大的能量,它将太阳能以及派生的风能等以热能、机械能等形式蓄在海水里,不像在陆地和空气中那样容易散失。
特点 海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大,而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。这就是说,要想得到大能量,就得从大量的海水中获得。 海洋能具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力,只要太阳、月球等天体与地球共存,这种能源就会再生,就会取之不尽,用之不竭。 海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。不稳定能源分为变化有规律与变化无规律两种。属于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。人们根据潮汐潮流变化规律,编制出各地逐日逐时的潮汐与潮流预报,预测未来各个时间的潮汐大小与潮流强弱。潮汐电站与潮流电站可根据预报表安排发电运行。既不稳定又无规律的是波浪能。 因月球引力的变化引起潮汐现象,潮汐导致海水平面周期性地升降,因海水涨落及潮水流动所产生的能量为潮汐能。汐能是以势能形态出现的海洋能,是指海水潮涨和潮落形成的水的势能与动能。世界上潮汐能最大的地方是加拿大的芬地湾,那里的海潮最高时达到18米,相当于6层楼房的高度。在开发潮汐能中,除我国已建成的江厦潮汐电站外。1967年,在法国最大潮差为13.5米的朗斯河口,建成了世界上最大的潮汐发电站—朗斯潮汐电站,其年发电量5.44亿千瓦小时。1984年加拿大在芬地湾建成了取名为安那波利斯的潮汐发电站。
优点: 1、数量被预计。
2、间接使大气中的二氧化碳含量的增加速度减慢。
缺点:
1、产生的能量会因时间和地点而有所不同。
2、成本较高、技术复杂的缺陷。
3、库区淤积、设备腐蚀等问题。
4、有些地区涨退潮不明显,发电效率不大,例如江厦潮汐发电厂。 海流即洋流,大规模常年稳定地沿着一定方向流动的海水便是洋流。世界上最大的海流是墨西哥湾暖流。该暖流挟带的水量是世界江河总流量的50多倍。流经我国的黑潮是世界上第二大暖流,其宽度为185千米,平均厚度约400米,平均每天的流速是55千米~150千米,它的总流量相当于全世界陆地上所有河流流量的20倍。利用海流发电,还处于小规模试验阶段。
海流能有三个显著特点 :
1、蕴藏量大,并且可以再生不绝。
2、能流的分布不均、密度低。
3、能量多变、不稳定。 盐差能是两种含盐度不同的水体相混时放出的一种能量。其广泛分布于陆地江河入海处。两种水体的含盐浓度相差越大,它们之间产生的盐差能就越多。这使人们想到了死海,死海含盐量高达25%。而地中海含盐量较少,二者相差好几倍。所以一旦把两者沟通,不仅可以利用它们之间的高度差400米来发电,而且还可以利用两者之间的巨大盐差能。
潮汐、波浪、洋流等海水运动蕴藏的能量,是取之不尽用之不竭的。波浪、洋流的能量主要是受风的影响。
所谓潮汐能,就是因月球引力的变化引起潮汐现象,潮汐导致海水平面周期性地升降,因海水涨落及潮水流动所产生的能量。
2、波浪能
波浪能集有许多优点,比如能量密度高、分布面广泛。
特别是在能源消耗多的冬季,可以利用的波浪能能量也最大。它的能量如此巨大,一直都吸引着沿海的能工巧匠们。他们想尽各种办法,期望能够驾驭海浪开辟新天地。
3、海流能
简而言之,海流所存储的动能就是海流能。海流能的能量与流速的平方和流量成正比。
与波浪能相比,海流能的变化要平稳且有规律得多。海流能有着很大的开发价值。
4、海洋温差能
海洋是一个巨大的吸热体,仔细观察不难发现,地球上的海洋除了南北的极地和部分浅海外,通常不会结冰,尤其是赤道附近的海域,海水表面温度几乎是恒温的,因此在描述海洋时人们都说它是温暖的。
海洋深处的海水温度却很低,它一年四季温度只有摄氏几度,无论如何,太阳也没有办法把它晒热,这与海洋上层的温水比较,大约有20℃的温差。在热力学上,凡有温度差异都可用来作功,这就是我们所要讲的海洋温差能。
5、海洋盐差能
所谓盐差能,就是指海水与淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能。
这种能量主要存在于河流与海洋的交接处。同时,淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐差能。盐差能是海洋能源中密度最大的一种可再生能源。海洋盐差能可以用来发电。
潮汐能就是潮汐运动时产生的能量,是人类利用最早的海洋动力资源.中国在唐朝沿海地区就出现了利用潮汐来推磨的小作坊.后来,到了11-12世纪,法、英等国也出现了潮汐磨坊.到了二十世纪,潮汐能的魅力达到了高峰,人们开始懂得利用海水上涨下落的潮差能来发电.据估计,全世界的海洋潮汐能约有二十亿多千瓦,每年可发电12400万亿度.
今天,世界上第一个也是最大的潮汐发电厂就处于法国的英吉利海峡的朗斯河河口,年供电量达5.44亿度.一些专家断言,未来无污染的廉价能源是永恒的潮汐.而另一些专家则着眼于普遍存在的,浮泛在全球潮汐之上的波浪.
波浪能主要是由风的作用引起的海水沿水平方向周期性运动而产生的能量.
波浪能是巨大的,一个巨浪就可以把13吨重的岩石抛出20米高,一个波高5米,波长100米的海浪,在一米长的波峰片上就具有3120千瓦的能量,由此可以想象整个海洋的波浪所具有的能量该是多么惊人.据计算,全球海洋的波浪能达700亿千瓦,可供开发利用的为20-30亿千瓦.每年发电量可达9-万亿度.
除了潮汐与波浪能,海流可以作出贡献,由于海流遍布大洋,纵横交错,川流不息,所以它们蕴藏的能量也是可观的.例如世界上最大的暖流——墨西哥洋流,在流经北欧时为1厘米长海岸线上提供的热量大约相当于燃烧600吨煤的热量.据估算世界上可利用的海流能约为0.5亿千瓦.而且利用海流发电并不复杂.因此要海流做出贡献还是有利可图的事业,当然也是冒险的事业.
把温度的差异作为海洋能源的想法倒是很奇妙.这就是海洋温差能,又叫海洋热能.由于海水是一种热容量很大的物质,海洋的体积又如此之大,所以海水容纳的热量是巨大的.这些热能主要来自太阳辐射,另外还有地球内部向海水放出的热量;海水中放射性物质的放热;海流摩擦产生的热,以及其他天体的辐射能,但99.99%来自太阳辐射.因此,海水热能随着海域位置的不同而差别较大.海洋热能是电能的来源之一,可转换为电能的为20亿千瓦.但1881年法国科学家德尔松石首次大胆提出海水发电的设想竟被埋没了近半个世纪,直到1926年,他的学生克劳德才实现了老师的夙愿.
此外,在江河入海口,淡水与海水之间还存在着鲜为人知的盐度差能.全世界可利用的盐度差能约26亿千瓦,其能量甚至比温差能还要大.盐差能发电原理实际上是利用浓溶液扩散到稀溶液中释放出的能量.
由此可见,海洋中蕴藏着巨大的能量,只要海水不枯竭,其能量就生生不息.作为新能源,海洋能源已吸引了越来越多的人们的兴趣.