來源：中國軍網(wǎng)-解放軍報(bào) 責(zé)任編輯：郭妍菲 發(fā)布：2025-08-29 07:32:28
僅憑兩種不同水源的鹽度差異就能產(chǎn)生電能！
2024年底，法國一家公司研發(fā)了一款僅有10納米孔徑的生物基膜，實(shí)現(xiàn)了滲透能領(lǐng)域的重大突破。基于該技術(shù)突破， 位于羅納河入?？诘腛smoRhone電站隨即啟動(dòng)建設(shè)。
據(jù)悉，該項(xiàng)目將在2030年實(shí)現(xiàn)500兆瓦的裝機(jī)容量，預(yù)計(jì)能為150萬戶家庭供應(yīng)電力，每度電成本有望降至0.3歐元。這預(yù)示著，在全球能源格局中，滲透能正逐漸從理論構(gòu)想邁向大規(guī)模應(yīng)用的新階段。
6月24日至26日，第十六屆夏季達(dá)沃斯論壇在天津召開，論壇發(fā)布了2025年《十大新興技術(shù)報(bào)告》。滲透能發(fā)電技術(shù)正是位列其中的十大新興技術(shù)之一。該報(bào)告認(rèn)為，這些新興技術(shù)有望在未來幾年內(nèi)取得實(shí)效，助力人類解決全球性挑戰(zhàn)。
經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的材料革新與系統(tǒng)優(yōu)化，滲透能發(fā)電技術(shù)終于迎來突破性進(jìn)展。那么，究竟什么是滲透能？滲透能發(fā)電在未來應(yīng)用中具備哪些優(yōu)勢(shì)？當(dāng)前各國對(duì)滲透能發(fā)電的研究進(jìn)展如何？請(qǐng)看本期解讀。
滲透能：清潔能源的下一波浪潮
■趙家毅 祁昊哲 陳 瑩
濃淡相遇破解發(fā)電密碼
滲透能，是指兩種不同濃度的溶液在接觸時(shí)因滲透壓差異產(chǎn)生的能量。能量大小與溶液的鹽濃度差、溫度等因素密切相關(guān)，是一種清潔的可再生能源。那么，這種可供發(fā)電的滲透能從何而來呢？
實(shí)際上，當(dāng)?shù)c海水在河口相遇，水分子總會(huì)朝著鹽濃度更高的海域自發(fā)流動(dòng)。就像高山流水能驅(qū)動(dòng)水車，這種藏在濃淡交匯之處的能量，本質(zhì)上是水分子“趨濃”特性所蘊(yùn)含的自然力量，其能量規(guī)模隨鹽差梯度增大而增大。
滲透能發(fā)電，正是捕捉這種自然勢(shì)能，并將其轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)。江河入?？谔廂}差梯度尤為顯著，此時(shí)，如果在江河入?？诜胖靡粋€(gè)半透膜連接的渦輪發(fā)電機(jī)，淡水和海水之間的滲透壓就可以推動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。
這是一個(gè)通過半透膜或離子交換膜構(gòu)建的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)——當(dāng)?shù)c鹽水被膜分隔時(shí)，水分子穿透膜的運(yùn)動(dòng)形成壓力差或離子遷移，如同無形的“推手”驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生電流。
這種發(fā)電方式無需燃燒燃料，不排放溫室氣體，且鹽差現(xiàn)象在河口、鹽湖等區(qū)域持續(xù)存在，使?jié)B透能發(fā)電成為一種穩(wěn)定清潔的能源利用形式。
目前，全球主流的滲透能發(fā)電技術(shù)主要有兩種。
——壓力延遲滲透（PRO）技術(shù)。淡水先通過半透膜涌入海水一側(cè)，使海水一側(cè)的壓力升高至約1.6兆帕；高壓海水隨后被引入渦輪機(jī)發(fā)電，混合水最終排回海洋。整個(gè)過程如同給滲透現(xiàn)象加裝了“閥門”，讓水分子的遷徙變得可控。目前，挪威Statkraft試點(diǎn)電站采用的就是這種滲透能發(fā)電模式。
——反向電滲析（RED）技術(shù)。2014年，荷蘭REDstack公司采用該技術(shù)建成了滲透能發(fā)電廠。該技術(shù)通過數(shù)百張交替排列的陽離子、陰離子交換膜組成“膜堆”，當(dāng)?shù)c海水交替流過膜堆，鈉離子、氯離子會(huì)穿過各自對(duì)應(yīng)的膜，形成電流。此外，這種技術(shù)在低鹽度差的區(qū)域也具備實(shí)現(xiàn)條件。
荷蘭阿夫魯戴克大堤上的REDstack滲透能發(fā)電廠。供圖：陽 明
作為新能源家族的“穩(wěn)定器”，滲透能成為可再生能源領(lǐng)域不可或缺的“補(bǔ)充力量”。
首先，滲透能能源供給穩(wěn)定持久。與風(fēng)能受季風(fēng)影響、太陽能有晝夜波動(dòng)變化不同，只要江河不斷流，滲透能就能實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷發(fā)電。
其次，滲透能能源清潔環(huán)保。滲透能發(fā)電全程無燃燒現(xiàn)象，碳排放為零，產(chǎn)物僅是鹽度略降低的海水。此外，滲透能電站無噪音污染，對(duì)周邊環(huán)境的影響微乎其微。
最后，滲透能能源儲(chǔ)量豐富。據(jù)估算，全球主要河口的理論滲透能儲(chǔ)量達(dá)2.6萬億千瓦/年，相當(dāng)于約25座三峽電站一年的發(fā)電量。中國沿海地區(qū)的滲透能資源總量也頗為可觀，其中渤海灣、長江口和珠江口等地區(qū)的滲透能資源最為集中，是規(guī)模巨大的潛在減排“利器”。
從實(shí)驗(yàn)室膜片到河口機(jī)組
其實(shí)，對(duì)滲透能的應(yīng)用探索由來已久。
早在1748年，法國物理學(xué)家諾萊把裝滿酒精的容器用豬膀胱密封后放入水中，水穿過膀胱薄膜進(jìn)入容器，一段時(shí)間后，膀胱薄膜被撐破，這是滲透現(xiàn)象首次被科學(xué)記錄。
1867年，“osmosis”（滲透）一詞首次出現(xiàn)在英國醫(yī)學(xué)家賈比斯·霍格的專著中，滲透現(xiàn)象從此有了專門的名字。
1887年，瑞典物理學(xué)家阿倫尼烏斯提出部分電離理論，闡述了電解質(zhì)在溶液中的電離情況，進(jìn)一步完善了研究界對(duì)溶液性質(zhì)的理解，幫助科研人員深入研究滲透現(xiàn)象中涉及的離子行為。
半個(gè)多世紀(jì)后的1954年，美國物理學(xué)家理查德·佩爾在《科學(xué)》雜志發(fā)表論文，提出“鹽度差發(fā)電”構(gòu)想。
從這時(shí)開始，滲透現(xiàn)象與能源利用首次產(chǎn)生了交集。
佩爾在實(shí)驗(yàn)中測(cè)算得出，典型河口區(qū)域的淡水與海水鹽度差產(chǎn)生的滲透壓，相當(dāng)于240米高的水柱帶來的壓力。他預(yù)言：“這股力量若能轉(zhuǎn)化為電能，足以為一座城市供電?！?/p>
真正的轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在21世紀(jì)。
2009年11月，挪威能源巨頭Statkraft公司在奧斯陸峽灣建成了全球首個(gè)滲透能示范電站。這座裝機(jī)容量僅為4千瓦的“迷你電站”，首次實(shí)現(xiàn)了鹽度差發(fā)電的穩(wěn)定輸出。
盡管發(fā)電功率微小，這座電站卻證明了佩爾構(gòu)想的可行性。對(duì)此，時(shí)任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人英格麗·漢森評(píng)價(jià)：“就像愛迪生發(fā)明的第一盞電燈，它的意義不在于亮度，而在于證明可能性?！?/p>
此后，世界各國對(duì)滲透能發(fā)電的研究如同千帆競渡、百舸爭流。
2013年，法國國家科研中心研發(fā)出可將滲透能轉(zhuǎn)換為電能的新裝置。該裝置由絕緣防水膜和硼氮納米管組成，運(yùn)行時(shí)，納米管表面大量負(fù)電荷吸引海水中陽離子，大幅提升電流強(qiáng)度，進(jìn)而提高發(fā)電功率。
挪威2022年宣布啟動(dòng)“北海清潔能源計(jì)劃”，計(jì)劃在其西南海岸建設(shè)多座滲透能電站，電站總裝機(jī)容量達(dá)100兆瓦，預(yù)計(jì)2030年建成后，可滿足50萬城市人口的用電需求。
2023年，日本福岡地區(qū)供水企業(yè)協(xié)會(huì)宣布利用海水淡化后排出的高鹽度（總含鹽質(zhì)量占比1%及以上）尾水，通過滲透膜產(chǎn)生滲透壓，推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電，預(yù)計(jì)每年發(fā)電88萬千瓦，可以滿足約300個(gè)家庭用電需求。
我國關(guān)于滲透能發(fā)電的研究起步稍晚，但追趕迅速。據(jù)報(bào)道，中國科學(xué)院上海高等研究院科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種具有原子級(jí)陰離子的選擇膜用于發(fā)電，提高發(fā)電功率；同濟(jì)大學(xué)與復(fù)旦大學(xué)、西安交通大學(xué)合作，提出了一種基于缺陷工程調(diào)控表面電荷策略，實(shí)現(xiàn)了滲透能發(fā)電；中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所開發(fā)出一種納米顆粒單層膜，并證實(shí)其在滲透能發(fā)電領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用潛力。
由此可見，從實(shí)驗(yàn)室膜片到河口機(jī)組，從18世紀(jì)“滲透現(xiàn)象”首次被科學(xué)記錄到如今被應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域，人類在探索滲透能這一“藍(lán)色寶藏”的過程中，不斷拓展?jié)B透能在人類社會(huì)的應(yīng)用邊界。
挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存，發(fā)展前景廣闊
目前，雖然滲透能發(fā)電已經(jīng)在多國的試點(diǎn)實(shí)踐中驗(yàn)證了可行性，但想要真正走進(jìn)人們的日常生活，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，仍需闖過幾道必經(jīng)的“關(guān)隘”。
——膜材料成本與使用壽命。
膜材料就像滲透能的“電池”，目前滲透能發(fā)電依賴的壓力延遲滲透或反向電滲析技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，都高度依賴膜材料。
據(jù)現(xiàn)有滲透能電站運(yùn)營數(shù)據(jù)顯示，滲透膜平均每7年更換一次，而優(yōu)質(zhì)膜材料每噸售價(jià)達(dá)近百萬元。高昂的成本與使用壽命有限，是制約滲透能發(fā)電技術(shù)普及的關(guān)鍵因素之一。隨著科研人員的攻關(guān)與技術(shù)不斷進(jìn)步，膜材料的成本有望在未來下降。
——能量轉(zhuǎn)換效率有待提升。
與傳統(tǒng)火電45%的能量轉(zhuǎn)換效率相比，當(dāng)前滲透能發(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率多在35%左右。同時(shí)，在低鹽度梯度場(chǎng)景中，滲透能發(fā)電系統(tǒng)能量損失問題更為突出，極大制約了滲透能發(fā)電技術(shù)的普及。此外，隨著運(yùn)行時(shí)間增加，有機(jī)污染物會(huì)使膜材料的電阻逐漸提高，也會(huì)降低該系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。
——規(guī)?；ㄔO(shè)需要精細(xì)考量。
在工程選址層面，河口等理想的滲透能電站選址往往伴隨復(fù)雜的水文環(huán)境；在系統(tǒng)運(yùn)維方面，一旦某個(gè)膜單元出現(xiàn)泄漏，規(guī)?；娬菊紫到y(tǒng)的壓力平衡都會(huì)被打破，難以保障系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)，滲透能發(fā)電系統(tǒng)與現(xiàn)有能源系統(tǒng)的協(xié)同機(jī)制尚未成熟，也在制約著其規(guī)?；涞?。
不過，不少業(yè)內(nèi)專家表示，這些挑戰(zhàn)并非不可逾越，從技術(shù)發(fā)展規(guī)律來看，當(dāng)前的技術(shù)瓶頸恰恰是解決問題的技術(shù)創(chuàng)新突破口。
隨著科技的進(jìn)步以及人類對(duì)更高效、更環(huán)保的發(fā)展模式的追求，世界各國對(duì)滲透能發(fā)電的發(fā)展前景充滿期待——
歐盟推動(dòng)成立歐洲滲透能聯(lián)盟（INES），促進(jìn)滲透能示范項(xiàng)目的啟動(dòng)和實(shí)施；美國出臺(tái)“2050年凈零排放戰(zhàn)略”，明確氣候行動(dòng)路線圖，在能源領(lǐng)域?qū)嵤熬G色新政”；中國出臺(tái)《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》，聚焦開發(fā)利用滲透能發(fā)電等先進(jìn)可再生能源發(fā)電技術(shù)，大力突破儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)……
暢想未來，一個(gè)個(gè)“面朝大?！钡慕诤涌冢瑢⒉辉僦皇墙煌屑~，一座座滲透能發(fā)電站在這里拔地而起，淡水和海水相遇時(shí)釋放出的強(qiáng)大能量在這里轉(zhuǎn)化為源源不斷的電流，沿著輸電線進(jìn)入千家萬戶，為人們送去電能，成為河海交匯處一道道獨(dú)特的風(fēng)景線。
