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利用湖泊蒸氣 為整個國家提供能源

湖泊蒸氣

每當談及要用可再生能源替代會令氣候變暖的化石燃料時,我們總不期然會想到太陽能發電器材和風力發電風車。而哥倫比亞大學的科學家最近就發現了一種新的能源,雖然迄今它尚未被開發,但它的潛力可謂無可限量 — 大量從湖泊及水庫中蒸發的水。

科學家指,這些天然水份可以通過一層細菌孢子去收集,而那層孢子會因應天氣和濕度而收縮或膨脹,就像肌肉一樣。就是這種機械性「肌肉」活動可用以生產大量電力。

在Nature Communications中新發表的文章指,研究人員根據美國內陸地區的水體總量,估計能產生多達325吉瓦電力,以一種新型技術來說成效算不錯。

化學工程師兼研究負責人Ahmet-Hamdi Cavusoglu認為,這部「人工肌肉」裝置能吸收來自水體的水蒸氣,包括湖面。「因為它吸收水份,所以那片肌肉會膨漲及擴展。當那肌肉已吸飽水份,在肌肉上方的伐門就會打開讓肌肉中的水份蒸發到空氣之中。這時,肌肉會在水離開時收縮,並拉動渦輪以產生電力,就像一個划手在拉動划船機的渦輪。」他說。

事實上,要提供上述的電量有點難度,因為「人工肌肉」裝置需要完全覆蓋整個湖泊或水庫的水面。不過,即使只是安裝在小部份的水體表面,它仍然可以持續為一整個區域供電。

「如果用現時成效最大的蒸氣渦輪去覆蓋全球十個最大湖泊及水庫的一成面積,」Cavusoglu說,他現時是Academy Venture Exchange 的副主任兼Innovation Acceleration Foundation 的合夥主任,「我們就可以從約1450平方公里的範圍中無害地生產出7.1吉瓦的電能,比2013年美國所生產的總太陽能量要多。」

這個概念才只是應用在湖泊及水庫而已。然而蒸氣能源不止於此。河流、海岸,甚至乎因灌溉而變得濕潤的農地都可以應用。

「水,可以說是無處不在,」Ozqur Sahin表示,他是哥倫比亞大學生物科學及物理學的副教授,同時亦是研究的合著者。早前,Sahin及他的同事曾嘗試使用孢子及水蒸氣去製造微型引擎。

除了發電,用水蒸氣作可再生能源還有其他好處。蒸氣是由太陽能而產生的,那即是說,由水蒸氣引擎所產生的電力波幅比太陽能板及風力渦輪的小,若在無風或陰天時無須搶心產電量不足。

另外,水蒸氣引擎能控制湖泊或水庫或其他水源流失的水體,能幫助將水鎖在某些地區。而這些引擎能同時控制器電力輸出。

「我們發現一個很有趣的特質,當水的蒸發過程減慢,水的温度就會提升;這能有效地將能量以熱能的方式儲存,並因應需要釋放。」Cavusoglu說。「根據當天的天氣狀況,我們可以不停地釋放出這些能量以加大蒸發量,從而配合不斷波動的電力需求。這與水壩通過水流量來控制發電量的原理一樣。」

到現時為止,水蒸氣引擎仍停留在測試階段,要將這項技術大規模發展成主流電力供應源,還有很多的研究和發展工作要做。

「首先,要研發出更好更大的物料以更有效地將蒸氣能源鎖住,」Cavusoglu表示,「現時,Sahin的實驗室正在研發更好的孢子物料及造出更大的引擎原型。我們希望這部引摮可以在未來幾年面世。」

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