世界海洋日丨一起守护这片无私奉献的蔚蓝！

2022-06-08 11:06

（图片来源：unworldoceansday.org）

6月8日是一年一度的世界海洋日，今年海洋日的主题是——Revitalization: collective action for the ocean（振兴海洋集体行动）。

海洋是生命之源，人类以及地球上的诸多生命都依赖于海洋。海洋不仅覆盖了地球上超过70%的面积，而且还蕴含了无穷的能源与资源，给人类科技的发展提供着源源不断的支持与动力。

（图片来源：pixabay）

取之不尽的核能燃料

众所周知，原子核的变化往往会伴随着巨大能量的释放，核能的利用也成为人类未来能源的希望所在。从目前的科学技术水平看，人们开发核能的途径主要有两条：一是重元素的裂变，如铀；二是轻元素的聚变，如氘、氚。令人惊喜的是，不论是铀，还是氘、氚，它们在海洋中的储藏量都十分庞大。

铀核裂变释放出的能量是惊人的。1千克的铀裂变时所释放出的热量，相当于2500吨优质煤燃烧释放出的全部热能。而随着核裂变技术以及原子能发电的蓬勃发展，人类对燃烧铀的需求也随之猛增。

然而，铀在陆地上的储藏量并不太多，适于开采的铀矿只有100余万吨，即使加上低品位铀矿及其副产铀化物，总量也不超过500万吨。按目前的消耗速度来看，只够开采几十年。

金属铀（图片来源：pixabay）

相较于陆地，在浩瀚无垠、深不可测的海洋里，却溶解着数量高达45亿吨的铀，是陆地储量的上千倍。若把海洋中的铀全部收集起来，可保证人类几万年的能源需要。

再来说说核聚变能燃料——氘和氚，它们在海洋中的数量则更加丰富。氘和氚都是氢的同位素，在一定条件下，它们的原子核可以互相碰撞而聚合成较重的氦原子核，并释放出巨大能量。一个碳原子完全燃烧生成二氧化碳时，只放出4电子伏特的能量，而氘-氚反应时能放出1780万电子伏特的能量。

氘-氚聚合反应示意图（图片来源：互联网）

海水中氘的含量为十万分之三，即1升海水中含有0.03克氘。这0.03克氘聚变时释放出的能量相当于300升汽油燃烧的能量。海水的总体积为13.7亿立方公里，共含有几亿亿公斤的氘。这些氘的聚变能量，足以保证人类上百亿年的能源消费。并且，氘的提取方法简便，成本较低，核聚变堆的运行也十分安全。

而氚则在自然界中十分稀有，不过可以由锂制造。地球上锂的储量虽比氘少得多，但其在地壳和海水中都大量存在，也有两千多亿吨。用它来制造氚，足够用到人类使用氘、氘聚变的年代。

大海的广阔使得核能成为一种近乎取之不尽、用之不竭的新能源，因此核能也将展示出更加美好的应用前景。如今，先进的核聚变和核裂变反应堆正在走进现实。在减少碳排放和限制气候变化的努力方面，核能的作用似乎正变得越来越不可或缺。

核能新浪潮（New Wave Nuclear Power）入选了2019年《麻省理工科技评论》“全球十大突破性技术”

目前，科学家正在努力研究实用型核聚变技术。这项技术有望产生廉价的、无碳的、永远在线的能源，没有核反应堆堆芯熔毁的危险，也几乎没有放射性废物，并将对人类社会未来的能源产生重大的影响。

实用型聚变反应堆（Practical fusion reactors）入选了2022年《麻省理工科技评论》“全球十大突破性技术”

永恒的潮汐发电

由于月球的引力，海水平面会发生周期性的变化，这种现象就是我们所熟知的潮汐。潮汐所产生的海水涨落及潮水流动能够产生非常丰富的潮汐能，这种能量是永恒的，也是无污染的。

在涨潮的过程中，汹涌而来的海水具有很大的动能，随着海水水位的升高，海水中的动能就转化为了势能；在落潮的过程中，海水水位逐渐降低，势能又转化为了动能。

（图片来源：pixabay）

在海洋的各种能源中，潮汐能的开发利用最为现实、最为简便。利用海湾、河口等有利地形，建造水堤，修筑水库，大量蓄积海水，并在坝中或坝旁建造水利发电厂房，通过水轮发电机组就可以进行发电。

中国在这一方面算得上是世界上起步较早的国家。早在20世纪50年代，中国就已开始利用潮汐能。据1958年10月份召开的“全国第一次潮力发电会议”统计，当时已建成的潮汐电站就有41座。

在浙江省温岭市乐清湾北端的江厦岗，坐落着中国第一座双向潮汐电站——江厦潮汐电站。这是中国，也是亚洲最大的潮汐电站，仅次于法国朗斯潮汐电站和加拿大安纳波利斯潮汐电站，位居世界第三。

江厦潮汐电站（图片来源：互联网）

这座发电站装有6台500千瓦双向灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量3000千瓦，可昼夜发电14～15小时，每年可向电网提供1000多万千瓦时电能。

据海洋学家计算，世界上潮汐能发电的资源量在10亿千瓦以上，是一个非常可观的数字。

超大规模海水淡化

我们所居住的"蓝色星球"长期存在着淡水危机，世界淡水供应量渐渐无法满足人口持续增长带来的需求。尽管地球海水充裕，但海水淡化却长期因为能耗大、成本高而无法成为人类的主要淡水来源。

（图片来源：pixabay）

不过，得益于一系列工程技术的进步和材料的改善，海水淡化技术已经发展到能够支撑一个国家的大部分用水，同时取得成本效益。

海水淡化由于原料极易获得而成为地球上不少缺水国家获取淡水的方法之一。以色列作为一个国土面积超一半被沙漠覆盖的国家，在2004年以前，几乎完全依靠地下水和雨水来供水。而且更糟的是，城市的水资源短缺问题因污染和干旱在不断恶化。

好在，随着海水淡化技术的突破以及大规模的应用，这一情况得到了“颠覆性”的改变。位于以色列特拉维夫市南部约16千米处的一片地中海海滩上，大型现代化反渗透海水淡化工厂 Sorek 昼夜不停地运转，为整个国家提供了约20%的居民用水量。

以色列最大的海水淡化工厂 Sorek（图片来源：互联网）

海水淡化的技术主要分为蒸馏和反渗透过滤两种。相比较而言，反渗透技术在能耗上更低一些。海水反渗透过滤生产单位淡水的成本与淡化厂的产量成反比。也就是说，规模越大，产量越高，成本反而更低。因此，大规模海水淡化（Megascale Desalination）也被《麻省理工科技评论》评为2015年度“全球十大突破性技术”之一。