元素百科为您介绍科学家提出新的蓝色能源技术。海洋是孕育人类的摇篮，也蕴含着巨大的能量。理论上，海洋可以完全满足地球上所有的能源需求，不会对大气造成任何污染。这是解决世界能源需求的可持续和永久途径。目前，中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士团队致力于研究基于摩擦纳米发电技术稳定实用的波浪能源发电网络设备，一旦技术问题解决，将引发波浪发电技术革命，加快海洋新能源发展，确保能源安全、环境保护和可持续发展有重大里程碑贡献。2014年，王中林院士首次提出了这种“蓝能”技术。最近，他分析了国内外波动能源发电设备的发展和特点，总结了波动能源收集摩擦纳米发电的技术和产业优势，指出了波动能源摩擦发电的关键问题和未来发展趋势，2月9日以评论的形式发表了最新一期的自然研究成果。
与传统绿色能源相比，蓝色能源具有比较优势
与传统绿色能源相比，蓝色能源具有地理分布优势。海洋覆盖地球70%的表面，约44%的世界人口居住在距海岸线150公里的范围内。人类向大海索取资源已成为必然趋势。海洋波能是指海洋表面波的动能和势能，分为风浪、涌浪和近岸波。它具有能量密度高、分布面广的优点。据估计，当地球上海波中的能量相当于90万亿千瓦时时。如今，波浪能的利用形式是吸收大面积的波浪能，集中转化为机械能，然后驱动电磁发电机运行发电。美国、日本、英国、西班牙、瑞典、丹麦等海洋大国作为世界上发展势头最快的海洋能源利用形式，非常重视波浪能源研究，先后在海上建立了波浪发电装置。然而，普遍存在发电功率低、发电不稳定、转换效率低的缺陷，特别是在小浪中，捕获波浪能效率低。
海洋能源发电的重要研究领域进展缓慢，海洋波力发电发展困难，主要原因是开发的波能源收集器是基于法拉第电磁感应定律的传统电磁发电机，其输出电压和电流与机械能频率成正比，输出功率与机械能频率成正比，需要稳定、高工作频率（>为了获得高效的输出，10Hz)，然而，海洋中的波浪、潮汐和洋流运动频率较低（0.1~2Hz），海浪变化无常，运动不规律。这些磁铁和线圈只能收集水流的能量，方向相对单一。此外，这些装置必须安装在海边，这不仅影响景观，而且收集效率很低，深水区的能量无法收集，极大地限制了其实际应用价值。同时，这种庞大而沉重的设备制造成本高，使海洋成为地球上最昂贵的能源形式。相比之下， 2012年，王中林首次发明摩擦纳米发电机，在较宽的频率范围内，输出电流与机械能频率成正比，摩擦纳米发电机输出效率远高于电磁发电机，非常适合收集蓝色能源，在缓慢流动和随机波动条件下稳定输出功率。相比之下， 2012年，王中林首次发明摩擦纳米发电机，在较宽的频率范围内，输出电流与机械能频率成正比，摩擦纳米发电机输出效率远高于电磁发电机，非常适合收集蓝色能源，在缓慢流动和随机波动条件下稳定输出功率。
王中林院士从新兴的利用人体运动吸收能量的技术中汲取灵感，将其应用于海洋水波发电。他领导的纳米能源研究所正在开发这些设备，从心跳驱动的医疗传感器到脚踏摩擦地毯发电照明，从卫生保健到安全监控，从可穿戴柔软的纺织电子系统到环境治理，摩擦纳米发电的创新应用越来越嵌入到我们的日常生产和生活中。摩擦纳米发电机具有很高的转化效率，可以将50%的能量从动能转化为电能。它利用两种不同材料接触产生的表面静电荷引起的电场，随时间变化驱动电子流动。制造这种大型网络的纳米发电机由多个摩擦发电球组成，采用聚四氟乙烯、橡胶、聚全氟乙烯等传统材料，适合大规模生产和商业化。采集波浪能的纳米发电球在海水中漂浮，其中一种由介质材料制成的球在另一个球中滚动，产生摩擦电荷。它能有效、灵敏地回收海洋中的动能资源，包括水的上下浮动、海浪、海流和海水的拍打。当海波驱动球每秒摇晃两到三次时，它可以产生大约1到10毫瓦的功率。这种发电网可以分布在远离海岸和航道的深水区，不会影响人们在海边的生活和享受。理论上，对于像山东省这样的海域，如果这种发电网格覆盖在10米深的水中，其发电量可以满足世界的能源需求。如果实现这个蓝色能源梦想，世界的能源模式将发生根本性的变化。我们依赖石油和煤炭的化石能源将成为历史。为什么要担心我们的雾霾无法治愈。
目前，蓝色能源仍处于实验室的早期研发阶段。为了实现长期可靠的运行，还有许多关键的技术问题需要解决。在水动力性能理论研究、模型试验、纳米发电结构设计等方面要做大量的工作，积累实践经验。例如，研究提高纳米发电材料的耐久性和耐腐蚀性；研究布线结构，传输抗风暴和恶劣环境。同时，规划蓝色能源发电网的位置和大小，尽量减少对航运、海洋生物和生态的影响。海洋蓝能源发电是一个系统工程，建立致力于蓝能源研究机构将大大加快清洁、可持续能源技术的发展，同时需要政府专项资金、政策支持和私人投资者、主要能源公司提前资本投资，在实现大规模商业发展之前，开发建设一批小型分布式波能源发电或岛屿微电网。
实现蓝能的意义
依托海洋技术，实施“蓝能源”战略，不仅可以节约传统能源，减少环境污染，还可以改善能源结构，“蓝能源”具有巨大的优势，最终将超越“绿能源”，比太阳能电池板和风涡轮机更便宜、更可靠、更稳定，不依赖天气和昼夜变化，可与其他可再生能源发电混合，确保网络能源总供应。蓝色能源和摩擦纳米发电机是王中林院士团队的原始发现和发明。他们已经专注于微纳米能源15年了，这也会影响大能源。如果实现蓝色能源梦想，将造福千秋万代。
