港大改良海水化淡減成本
藉稀釋鹽液過程產電能

[2015.01.02] 發表
港大土木工程系副教授湯初陽(右)正從材料和結構兩方面研究如何提升「離子交換膜」(圖左女助理手持的啡色膜)的電能轉化效率。(鄧宗弘攝)

【明報專訊】港府擬在將軍澳興建的海水化淡廠料於2020年投產,將採用「逆滲透」技術,利用高壓分隔淡水和鹽分。但高壓耗電量高,增加成本,化淡過程亦會產生含鹽量高的副產品「濃液」,直接排放出海或會影響生態。香港大學正改良「反向電滲析」技術,把「濃液」蘊藏的化學能轉化為更多電能,為「逆滲透」供電,期望5年內完成研究,料可降低海水化淡成本約一成。

港府於1970年代曾在屯門興建海水化淡廠,採高溫蒸餾技術,加熱令水蒸發,淡化每噸水耗能逾百千瓦(kW),後因燃料價格大幅上升,令產水成本過高,至1982年停產。將軍澳擬建的海水化淡廠將採用新技術「逆滲透」(Reverse Osmosis),利用高壓令海水中的淡水穿過脫鹽膜,分隔鹽分及雜質,每噸水耗能約3千瓦,遠少於高溫蒸餾技術,現時美國、澳洲、西班牙等均採用「逆滲透」。

減高鹽分排放免損生態

若與購買東江水比較,「逆滲透」產淡水的成本仍較高,因後者需要使用高壓致耗電量較高,耗能成本佔整體成本達三分之一以至一半,其餘為基建運作及運水成本等。「逆滲透」亦可能對海洋生態造成負面影響,因海水中的鹽分及雜質被脫鹽膜阻隔,殘留含鹽量高的「濃液」,排放出海洋後或會沉積在海底,影響生態。

港大土木工程系副教授湯初陽指出,「濃液」含鹽度高,故正、負離子含量高,醞藏豐富化學能,若將之與低鹽度的水,例如已處理的家居廢水,透過離子交換膜混合,可以把當中的化學能轉化成電能,為「逆滲透」供電,同時亦可降低「濃液」鹽度,避免影響環境。

原理:透過離子交換產生離子電流

湯初陽解釋,「反向電滲析」可以把化學能轉化為電能,原理是正離子和負離子流經「離子交換膜」時會產生離子電流,從而產電。傳統的「離子交換膜」結構均勻對稱,膜厚度較大,令離子穿過膜時的阻力較大,影響產電效率,湯的研究團隊正研究改善「離子交換膜」的結構和材料,提升電能轉化效率。

湯透露,團隊期望在不影響電能轉化強度的前提下,研製更薄及阻力更小的「離子交換膜」,包括正研究非對稱的膜結構,例如局部空心的多孔結構,以及增加膜的電荷密度,促進離子流動;材料方面,團隊已找到合適的聚合化學材料及聚合方法,可提升膜的化學穩定性,從而提升效率,但因將來或申請專利,故現階段不能公開相關資料。

預計5年內完成研究

湯預期5年可完成研究,屆時把新一代「離子交換膜」應用於「反向電滲析」技術,料可降低海水化淡耗能約三成,並可降低海水化淡成本約一成,而隨技術進一步成熟,能源消耗下降空間會更大。

水務署回覆查詢時稱,將軍澳海水化淡廠的初步設計、工地勘測、環境及交通影響評估、成本預算等已大致完成,下一階段的設計過程,署方會研究市場上所有有效的節能措施,以減低能源消耗。

明報記者 廖穎琪

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