第七章 鹹水淡水融彙出：鹽差能 第二節 神奇的鹽差能
海水的“鹹”裏有能量
滲透現象是十分普遍的現象，如黃豆浸泡在水中會膨脹，就是由於水通過黃豆表皮(分子物理學上稱這種表皮為半透膜)的滲透作用所造成的。
首先舉例來說，動物的膀胱就是半透膜，它隻容許水透過而不容許酒精透過；另外，如動植物的細胞膜也是半透膜；還有各種各樣的人造半透膜，如以鐵氰化銅沉澱於無釉陶瓷中製成的膜、膠棉膜等。
滲透現象就是指在半透膜隔開的有濃度差別的同種溶液之間，產生低濃度溶液透入高濃度溶液的現象。
當滲透現象發生後，我們在濃度大的溶液上施加一個機械壓強，恰好能夠阻止稀溶液向濃度大的溶液發生滲透作用，這個機械壓強就等於這兩種溶液之間的滲透壓強，或稱滲透壓。海水中溶解有很多鹽，鹽溶在水裏會電離成帶正負電荷的兩類離子，比如氯化鈉(NaCl)，就電離為帶正電荷的鈉離子(Na+)和帶負電荷的氯離子(Cl-)。如果海水和淡水隔著一層隻允許水分子通過，而不讓正負離子通過的半透膜，那麼它們之間就會產生滲透現象，淡水向海水滲透，並且產生一個滲透壓。
有人做過測定，溫度20℃時，鹽度為35％的標準海水，與純淡水之間的滲透壓高達24.8個大氣壓，相當於256.2米水柱高或250米海水柱高。可見，滲透壓是個很大的壓力。
滲透壓的大小與溫度、濃度有關。溫度越高，滲透壓越大；濃度差越大，滲透壓也越大。在海洋中，海水與淡水的鹽度差最大，它們之間的滲透壓也就越大。這就是為什麼說河流入海處海水和淡水交彙的地方是海水鹽度差能蘊藏最豐富的地方。
鹽度差能會發電
海洋中各處的鹽度是不同的，隨溫度與深度而變，它的範圍可從海洋表層的海水(20℃)的36‰，下降到深海600米處(5℃)的35‰，在港灣河口處，由於河水進入海洋與海水相混，鹽度變化最為明顯。當江河的淡水與海洋的海水彙合時，由於兩者所含鹽分不同，在其接觸麵上，會產生一種十分巨大的能量。假如把一層半透膜放在不同鹽度的兩種水之間，通過這個膜會產生一個壓力梯度，迫使水從低鹽度一側通過膜向高鹽度一側滲透，從而稀釋高鹽度的水，直到膜兩側水的鹽度相等為止，此壓力稱為滲透壓。它隨海水的鹽度與溫度等而變化。鹽度差發電也可稱為滲透壓發電。所需的水頭，不像水電站采用攔河大壩，堵塞水流通路所造成，而是通過在海水與河水之間設置的半透膜產生的滲透壓形成的。下麵介紹幾個鹽度差發電的方案：
1.水壓塔式鹽水發電係統
在江河的入海口，淡水和海水都十分充足，隻要有適當的建築物，麵積足夠大的半透膜和水輪發電機設備，實現鹽度差能的有效利用——鹽水發電是完全可能的。該係統主要由水壓塔、半透膜、水輪機、發電機、海水泵等組成。這種發電係統的工作過程是這樣的，先在水壓塔內充入海水，由於滲透壓，淡水從半透膜向水壓塔內滲透水壓塔內的水位上升。當水壓塔內水位上升到一定高度，便從水塔流而出，衝擊水輪機旋轉，水輪機帶動發電機旋轉發電，為保證水壓塔內的海水保持一定的含鹽濃度，在淡水通過半透膜不斷向水壓塔內滲透的同時，還用水泵不斷向水壓塔內打入海水。否則水壓塔內的水很快被稀釋，因此，保持連續發電的關鍵是不斷地用水泵向水壓塔內補充海水。據計算，在連續發電的過程中，使滲透壓保持10～11個大氣壓是適宜的，也就是說，水壓塔的高度可以為100～110米。這樣，再除掉泵的動力消耗，清洗半透膜等的動力消耗，大概發電係統的總效率可達20％左右，也就是每導入1立方米／秒的淡水流量，可獲得500千瓦的發電功率。
2.壓力室式鹽水發電係統
為了實現鹽水發電的目標，也可以不采取修建水壓塔把水引入高空的辦法，而采用壓力室代替上述水壓塔。該裝置也用海水泵把海水泵入壓力室，若按滲透壓為12個大氣壓計算，則每千瓦功率所需的淡水流量約為0.0008立方米／秒，按現在生產的半透膜的滲透率計算，為保證1瓦的發電量，約需6000平方米的半透膜。照目前的半透膜價格計算，發電投資是太高了。這是目前鹽水發電遇到的主要困難。
濃差電池，也叫反向電滲析電池。從電化學可知，若讓兩個不同的電解質溶液互相接觸，由於兩相中離子的濃度不同，這些離子將通過接觸麵發生擴散。由於各種離子的移動速度並不相同，所以在接觸麵上發生電荷分離時，兩相間產生了電位差。此電位差，使移動速度快的離子減小速度，使移動速度慢的離子加快速度，最後使通過接觸麵的正負電荷的移動速度相等，這時兩相間電位差的增大達到穩定狀態。這個電位差稱為液間電位。由於液間電位的存在，使鹽度差能轉換為電能。
海水中的主要鹽類是食鹽，即氯化鈉(NaCl)。食鹽在海水中以氯離子和鈉離子的形式存在。若在海水與淡水之間，用一層隻允許氯離子通過的陰離子交換膜，或隻允許鈉離子通過的陽離子交換膜分隔開來。這時，海水中的氯離子便通過半透膜向淡水一側不斷擴散，因氯離子是帶負電荷的，所以大量的氯離子不斷通過透膜向一個方向流動，就形成電流。如果在海水與淡水中分別入電極，接通導線，兩個電極問的電位差就可在電壓表上看出來。這個裝置就是鹽度差能電池的原理。
按此原理，可在海水通道兩側，分別設置陰離子交換膜與陽離子交換膜，這樣，氯離子通過陰離子交換膜向一個方向流動，鈉離子通過陽離子交換膜向另一個方向流動，使電位差成倍增加，這時，如果在海水和淡水中分別插入電極，並用導線接通我們就會在電壓表上看到兩個電極間大約有0.1伏特的電勢。這種裝置看成是一個電池，即濃差電池。為了從這種電池取出電流，必須增大淡水的導電率，也就是減小淡水的電阻，為此還須在淡水中加入一些海水，使之含有一定的鹽分，導電率就大大增加了。