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第4章 富饶的海洋(2)

3海流能

海流能是指海水流动的动能,主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动所产生的能量,是另一种以动能形态出现的海洋能。

海流能的利用方式主要是发电,其原理和风力发电相似,几乎任何一个风力发电装置都可以改造成为海流能发电装置。但由于海水的密度约为空气的1000倍,且必须放置于水下,故海流发电存在着一系列的关键技术问题,包括安装维护、电力输送、防腐、海洋环境中的载荷与安全性能等。此外,海流发电装置和风力发电装置的固定形式和透平设计也有很大的不同。海流装置可以安装固定于海底,也可以安装于浮体的底部,而浮体通过锚链固定于海上。

由于海流遍布大洋,纵横交错,川流不息,所以它们蕴藏的能量也是可观的。例如世界上最大的暖流——墨西哥洋流,在流经北欧时为1厘米长海岸线上提供的热量大约相当于燃烧600吨煤的热量。据估算世界上可利用的海流能约为0.5亿千瓦。

4海洋温差能

海洋是世界上最大的太阳能接收器。6000万平方公里的热带海洋平均每天吸收的太阳能,相当于2500亿桶石油所含的热量。如果我们将海洋中储存的热能开发出来,这就是海洋热能转换,通常也称作“海洋温差发电”。

利用海洋温差发电的概念最早于1881年提出。但是世界上大部分科技发达的国家都处于纬度较高的温、寒带地区,或者是内陆国,没有发展海洋温差发电的基本条件。直到1979年在美国夏威夷建成世界上第一座海洋温差发电装置后,各国才开始重视这一新方法。

目前日本在海洋能开发利用方面十分活跃,专门成立了海洋温差发电研究所,并在海洋热能发电系统和热交换器技术领域领先美国。1999年,日本和印度联合进行的1000千瓦海洋温差发电实验成功,推动了该技术的实用化。

海洋温差电站对环境无不良影响,大规模开发时则需考虑对气候可能产生的影响。由于它可将深海富营养盐类的海水抽到上层来,将有利于海洋生物的生长繁殖。

海洋温差电站的经济性在目前还不能与燃油电站相竞争,但它是可再生能源发电中最有潜力的方式之一。若将发电、海水养殖及供应淡水结合起来综合开发,则可取得更好的经济效果。对边远的海岛,开发海洋温差能,当前在经济上就可能是有利的。

5盐度差能

在海水和江河水相交汇处,还蕴含着一种鲜为人知的盐差能。据估算,地球上存在着26亿千瓦可利用的盐差能,其能量甚至比温差能还要大。海洋盐差能发电的设想是1939年由美国人首先提出的。盐差能发电的原理是:当把两种浓度不同的盐溶液倒在同一容器中时,那么浓溶液中的盐类离子就会自发地向稀溶中扩散,直到两者浓度相等为止。所以,盐差能发电,就是利用两种含盐浓度不同的海水化学电位差能,并将其转换为有效电能。

我们可以看到海洋盐差能的蕴藏量是比较可观的,而且利用它几乎不带来任何污染,所以盐差能是一种很清洁的能源。如果能够有效开发它的话,这将对我们目前的能源紧张和环境污染的严峻形势有很大的缓解,即使由于各种技术上的原因没能有效开发它,这对我们提高认识新能源、开发新能源也是很有用的。

三、海水——液体化工资源

由于淡水资源缺乏,人们已开始开发利用海水,世界沿海国家纷纷把眼光转向大海。各国都相继建立了专门的机构,开发海水的直接利用。

海水利用主要有三个方面。一是海水代替淡水直接作为工业用水和生活杂用水,用量最大的是作工业冷却用水,其次还可用在洗涤、除尘、冲灰、冲渣、化盐制碱,印染等;二是海水经淡化后,提供高质淡水,供高压锅炉用,淡化水经矿化作饮用水;三是海水综合利用,即提取化工原料。

随着海洋化学的发展,人们逐渐认识了海水,现在已经确定海水含有80多种元素。这些元素在海水中的含量差别很大。根据其含量的多少,大体上分为三类:每升海水中含有100毫克以上的常量元素;含有1毫克~100毫克的微量元素;含有1毫克以下的痕量元素。

1海水制食盐

盐是人们日常生活离不开的重要物质,与人类的健康息息相关。人的血清中含盐0.9%,所以浓度为0.9%的食盐溶液叫生理盐水。人每天都要吃盐,成年人每天需要10~12克,未成年人需要量则更多一些。人体内有了盐才会进行正常的新陈代谢。人体胃液里的盐酸就是人们食盐之后产生的,它能帮助消化,杀菌。人不食盐,就会感到全身无力,久而久之,会危及生命。在工业上,盐用途更为广泛,用量也非常之大。在制碱企业,人们可以看到堆积如山的盐。因为盐是纯碱、烧碱和盐酸产品的基本原料。许多有机合成产品,如氯化乙烯、聚氯乙烯、氯丁橡胶等所需要的氯也源于盐。此外,食盐在肥皂工业、染料工业、矿业、钢铁工业、皮革业、陶瓷业,以及农业等都大有作为。目前,全世界约有60多个国家以工业规模从海水中生产食盐,每年从海水中产生的食盐总量达7000多万吨。

我国大陆海界线绵长,有着广阔的滩涂,自然条件适宜,海盐资源极为丰富。渤海、黄海沿岸,渤海海峡北部、山东半岛东部和南部的海域海水含盐度较高。在大陆沿岸,我国拥有200多万亩盐田,有像长芦盐场等数十个大型盐田。制盐工业和盐化工业在我国经济发展中有着十分重要的地位。

2海水变肥料

钾元素在海水中占第六位,共有600万亿吨。氯化钾,是我们从海水中提取的肥料。钾肥肥效快,易被植物吸收,不易流失。钾肥能使农作物茎秆长得强壮,防止倒伏,促进开花结实,增强抗寒、抗病虫害能力。海水中提钾主要用来制造钾肥。此外,钾在工业上可用于制造含钾玻璃,这种玻璃不易受化学药品腐蚀,常用于制造化学仪器和装饰品。钾还可以制造软皂,可用作洗涤剂。钾铝矾(明矾)可用作净水剂。

3海水提溴

茫茫大海是化学元素溴的“故乡”,地球上99%以上的溴都在海水中,可谓源源溴素海中来。海水中溴含量约为65毫克/升,总量达100万亿吨。

海水提溴是从海水中提取元素溴的技术。溴及其衍生物是制药业和制取阻燃剂、钻井液等的重要原料,需求量很大。国外从1934年开始海水提溴试验和开发,目前日本、法国、阿根廷和加拿大等国家和地区已建有海水提溴工厂,年产量基本保持在36万吨的水平。中国从1966年开始海水提溴,至今仍处于小型试生产的规模。

4海水提镁

镁是机械制造工业重要的金属材料,不管是飞机制造,还是建造舰船,不管是汽车,还是常规武器制造、核设施建造,乃至生物生长,都离不开镁。比如,炼钢工业,只有含杂质量在2%~4%以下优质镁,才能炼出优质钢、特种钢,而且陆地上天然菱镁矿砂烧结后制成的镁是达不到这个要求的,只有海水中提取的镁纯度在96%~98%乃至99.8%以上的高纯度镁砂,才能满足冶金工业的特殊需要。因此,世界各国对海水提镁工作都十分重视。

镁在海水中的浓度为1290毫克/升,海水中镁以离子形式存在,总量为1800亿吨。目前,世界主要镁生产国大约有一半的产量来自海水提镁。

海水提镁,基本的工艺技术是:先把石灰乳注入到盛有海水容器中,使海水中的氯化镁变为氢氧化镁沉淀,从海水中滤出的氢氧化镁再加盐酸,使之生成氯化镁,并将其溶液煮沸、浓缩、烘干成无水氯化镁,经过电解氯化镁,便得到金属镁和氧气。海水提镁,说起来简单,但在实际生产中,有许多技术问题期待着我们去解决。

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