MIT科学家发现盐的能量
来自MIT机械工程的科研小组正在研究河水与海水汇集时所产生的能量。  压力阻尼渗透（PRO）是一种从两个不同盐度的汇合流生产可再生能源的方法。 图片提供者：麻省理工学院的Jose-Luis Olivares  在这个简化的PRO系统中，从稀释原料流渗透进入高浓度的渗透流需要通过渗透加压状态——之后，可以从流入混合物中提取有用的能量。 图片提供者：Leonardo Banchik  这里显示是海水与河水4:1混合可以产生的最大功率。随着无量纲区域变大，可以产生总体最大功率。 图片提供者：Leonardo Banchik MIT的一名机械工程师表示，河水入海口处会产生大量可再生能源。 研究人员评估这种新兴的发电方法称为压力阻尼渗透（PRO）——两个不同的盐度混合流产生能量。原则上，一个PRO系统将在河水和海水半透膜的两侧。通过渗透，水从低盐流将穿过膜到预加压高盐流的一边，可以创建一个通过涡轮传送重获能量的流动。 麻省理工学院团队现在已经开发了一个模型来评估大型PRO系统的性能和最优尺寸。一般来说，研究人员发现，在一定程度上系统的膜越大，可以产生越多的能量。有趣的是，仅仅使用最大膜面积的一半或更少时，就可以组成一个最大输出功率为95%的系统。 来自MIT机械工程系一名研究生Leonardo Banchik说，相反，如果减小用来发电的的膜尺寸，就能减少建立一个PRO工厂的前期成本。 “在河流和大海之间的交叉口，人们一直试图找到这些系统是否可行，”Banchik说，“如果能够确定膜面积在超过某个值后迅速递减，就可以节约成本。” Banchik和他的同事会根据两个流的盐浓度，估算产生的最大能量：盐度的比例越大，能生成更多的能量。例如，他们发现盐水的混合体，海水淡化的副产品，以及经过处理的废水可以比海水和河水的混合产生高两倍的能量。 根据他的计算，Banchik说，一个PRO系统的能量可以来自于沿海废水处理厂通过吸收海水，结合污水处理来生产可再生能源。 “在波士顿港的鹿岛污水处理厂，当废水与大海汇合……PRO理论上可以提供治理所需的所有能量，”Banchik说。 他和John Lienhard，MIT专注于水和食品研究的Abdul Latif Jameel教授，以及沙特阿拉伯的法赫德国王石油矿产大学的Mostafa Sharqawy，将他们的研究结果发表在《膜科学》杂志上。 在自然界中找到平衡 团队的模型是基于一个简化的PRO系统，即一层大的半透膜将一个长矩形槽分开。槽的一侧放在加压含盐的海水里，而另一边则放在河水或废水里。通过渗透膜可以通过水，但不能通过盐。因此，通过膜使淡水中盐增加。 “自然界希望这两个流之间找到一个平衡，”Banchik解释说。 随着淡水进入盐多的一面，含盐一侧膜流量的压力增加。压力混合后离开水槽，并且通过涡轮恢复能量。 Banchik说，当其他人建模PRO系统潜在的能量，这些模型对实验室系统整合“小尺寸”膜大多是有效的。这样的模型假设盐度和流动的溪流沿着膜是恒定的。鉴于这样的稳定条件，这些模型预测的线性关系为：膜越大，产生能量越大。 但在流经发电厂一样大的系统时，Banchik说，溪流的盐度和流量自然地会改变。考虑到这种变化，他和他的同事基于热交换器类推开发出了一种模型。 “就像汽车散热器之间的空气和冷却剂进行热交换，这个系统跨膜交换质量，或者水，”Banchik说。“这是一种理论上放大热交换器的方法，我们只是借用了这一想法。” 研究人员想出了一个模型，可以分析膜尺寸的大部分值，比如渗透率和流量。使用这个模型，他们观察到大系统中能量和膜尺寸之间存在非线性关系。相反，随着膜的面积增加，能量在增长到一定程度上，它逐渐的平稳。当一个系统在一定膜尺寸上可以产生最大的功率，它也可能一半膜的大小就产生95%的能量。 不过，如果PRO系统为波士顿的鹿岛处理厂供电，工厂的膜尺寸将十分庞大——至少250万平方米。Banchik表示这是世界上操作反渗透工厂用到的最大膜面积。 “尽管看起来很多，但聪明的人总能想出如何将大量的薄膜打包成小体积的方法，”Banchik说。“比如，螺旋缠绕，使用像纸巾在中央管卷起来一样的转盘。搞明白这个模型，仍然是一个活跃的研究领域。” “我们在某些地方，真的可以使海水淡化。像加州，正在经历一场可怕的干旱，”Banchik补充说道。“他们正在构建一个位于大海的海水淡化厂，给加州的人喝吸收处理过的海水。这还将产生一个更咸的盐水，还可以混合废水产生能量。当然，这需要做更多的研究，考虑其在经济上的可行性等，但至少这听起来是科学的。” 这项工作由法赫德国王石油矿产大学净水和洁能中心以及美国国家科学基金会投资赞助。 原文链接: http://newsoffice.mit.edu/2014/energy-from-salt-water-0820 本文版权属于研发埠所有，如需转载请注明出处！ |
