美学者提出开发天然水面蒸发能，功率密度可达风电三倍

【财新网】（实习记者 杜偲偲）天然水分蒸发是一种前景可观的可再生能源来源，然而一直以来，这种资源的可用性、可靠性和其对水资源的影响有待发掘。最新研究发现，水分蒸发的功率密度堪比风电和太阳能，同时能减少一半蒸发水损失。且其受气候影响较小，有望为再生能源面临的间歇性问题提供解决方案。

9月27日，哥伦比亚大学研究者在《自然-通讯》在线发表一篇论文，他们通过对天然水域表面的自然蒸发过程中可采集的能量进行评估，发现该过程可产生的功率密度是风电的三倍，据估计，美国15个州的面积大于0.1平方公里的湖泊和水库（不包括五大湖）总面积约51297.4平方公里，蒸发水分的功率加起来，总量或可达325吉瓦，占2015年美国电能发电功率的69%以上。

该研究并不是针对蒸发能成为可再生能源的首个研究。2010年，巴西的研究者发现大气中的水蒸气，并不是中性的，而是带电荷的。2012年，哥伦比亚大学生物科学与物理学副教授Ozgur Sahin博士发现一种称为“通常存在于干燥处的枯草芽孢杆菌”，不仅坚韧，而且“一旦引入水，也可立即恢复其原始形状。”

研究小组发现，当受湿度影响时，涂有孢子的板材从干燥到潮湿，可产生相当于人肌力1000倍的力。换句话说，通过润湿一磅干燥的孢子，产生的力量足以将一辆汽车抬离地面3.2英尺。由此，Sahin博士发明了应对湿度变化的原型发电机。

此后，针对水响应材料和相关设备的研究不断推进，水响应材料通过吸收和释放水蒸气中水分的循环发挥作用，当应用了该材料的机器被放置在蒸发中的水体上时可以获得能量。

基于此，Sahin博士等哥伦比亚大学的研究者开展了此次的研究。他们建立了一个模型，评估蒸发驱动发动机对水面蒸发速率的改变程度，对于这些能量收集器如何在自然环境中最佳运行进行了第一个预测。

值得注意的是，水供应和能源通常被视为相互冲突的两个挑战，然而利用自然蒸发可将其同时解决。研究发现潜力最大的发电和节水地区位于水资源稀缺的地方。最佳功率密度随着大气相对湿度的降低而增加，且随着风速的增加和相对湿度的降低，潜在的节水量也会增加。

此外，现有的可再生能源的一个关键挑战在于它是间歇性的：风力发电机和太阳能光伏板，只有当风和阳光可用时，才能产生电力。由于电力供应必须实时匹配需求，以维持稳定的电网，因此能源储存是稳定的可再生能源系统的重要组成部分，以缓解间歇性。

研究发现，水的比热容大，足以储存多余的能量，需求低时控制输出功率，以满足实际的电力需求变化。因此，自然蒸发或许可以提供一种对于可再生能源间歇性问题的解决方法。

而对于开发利用自然水体蒸发能源可能带来的环境影响，论文指出，在湖泊或水库上使用蒸发驱动的材料和装置可能会影响淡水资源，如，改变排水速率，排气装置，水质和娱乐用途。应用中可能需要对蒸发驱动设施加以额外的设计和规划限制，从而可以减少可用于能量釆集的面积。■