当谈到清洁可再生能源时，蒸发通常不是首先想到的——即使会想到。
然而，科学家们认为，美国湖泊和水库的蒸发产生的能量几乎可以达到该国目前发电量的 70%。更妙的是，它能够全天候满足需求，解决了太阳能和风能的间歇性问题。
“蒸发全年无休，昼夜不停地发生，”哥伦比亚大学研究生、发表在《自然·通讯》杂志上的一项新研究的主要作者 Ahmet-Hamdi Cavusoglu 说道。该研究计算了蒸发作为可再生能源的未来潜在影响。“通过控制蒸发，我们可以存储和控制电力输出，从而在无需电池和其他储能方法的情况下，按需提供可靠的能源。”
哥伦比亚大学生物物理学家、该论文的资深作者 Ozgur Sahin 开发了一项技术，该技术利用来自无害的土壤细菌枯草芽孢杆菌的孢子，在周围空气的相对湿度发生变化时吸收和释放水分。在高湿度下，孢子吸水膨胀；在低湿度下，孢子释放水分收缩。“在这个过程中，它们的作用就像肌肉，”他说。“它们是非常高效的肌肉，可以将孢子组装成更大的材料，在湿度水平变化时产生运动和力。”
Sahin 实验室开发的机器通过百叶窗的开合来控制湿度，从而促使涂有孢子的塑料条膨胀和收缩。“当百叶窗关闭时，水面蒸发会提高百叶窗下方的湿度水平，导致涂有孢子的条带伸长，”他解释说。“条带的运动会打开百叶窗，通过排出湿气来降低湿度水平。当涂有孢子的条带缩短并关闭百叶窗时，这个循环就完成了。由于这个过程是周期性的，涂有孢子的条带会反复伸长和缩短。”
条带的活动端连接到发电机，从而产生电力。“我们拥有利用风能、水能和太阳能的技术，但蒸发能量同样巨大，”Sahin 说。“现在我们可以量化它的潜力了。”
该技术还有节约用水的潜力。研究估计，自然蒸发到大气中的湖泊和水库的水量可以在此过程中减少一半，每年约合 25 万亿加仑，约占美国人用水量的大约五分之一。
Sahin 补充说，节约这么多水对天气模式的影响很小。即使大规模推广，他的技术也不会显著减少后来导致大雨的大气湿度，因为“降水和湿度主要来自海洋，”他说。
亚利桑那州立大学物理学家 Klaus Lackner（未参与此项研究）正在开发人工树，部分利用蒸发来吸收空气中的二氧化碳。“蒸发有潜力做很多功，”Lackner 说。“很高兴看到干燥和潮湿的循环也可以用来收集机械能。”
在计算蒸发潜能输出时，作者将计算范围限定在美国，因为那里的天气观测数据更容易获得，并且排除了农田、河流、五大湖和海岸线等区域，以避免模拟更复杂交互时产生的误差。
当然，研究人员的工作仍处于实验阶段，仅限于实验室。然而，“如果这项技术能够变得高效并扩展到足球场大小，那么蒸发作为能源的广泛使用就有可能实现，”Sahin 说。“许多农民、市政当局和水务管理机构都在使用这样的水体，”除了自然水体外，还可以提供蒸发源。此外，由于许多材料是生物性的并且可以轻松生长，因此机械设备可能不会很贵，他补充道。
它的主要优势之一是能够仅在需要时产生电力。另一方面，太阳能和风能需要在没有阳光或风时依靠备用电池。此外，电池并不便宜，而且通常由有毒材料制成。
“人类的电力需求随季节和日变化，”Cavusoglu 说。“我们在夏季消耗更多的能量，而且在人们下班回家的傍晚时段消耗更多能量。然而，风能和太阳能的可用性与我们的需求不匹配。这种按需用电的需求对我们的日常生活很重要，从维持医院灯火通明，到让我们在家中观看 Netflix 节目。”
由于蒸发在温暖干燥的天气下能量更强，像加利福尼亚、内华达和亚利桑那这样易发生干旱的州将极大地受益于这项技术。“有趣的是，许多干旱地区确实有一些湖泊或大型水体，”Sahin 说。“例如，科罗拉多河以及水坝形成的大型湖泊，如米德湖、莫哈韦湖、鲍威尔湖和哈瓦苏湖。”
不过，“如果没有水体或其他湿润的表面，蒸发将微乎其微，这种概念将行不通，”他补充道。“然而，即使在这种情况下，相对湿度的日变化也可以被用来发电。”
几年前，Sahin 的实验室还开发了一种由蒸发驱动的活塞式发动机，该发动机能够发电使灯闪烁，以及一种驱动微型汽车的旋转发动机。科学家们现在正致力于提高其材料的能源效率，并计划在一个湖泊、水库或温室中测试他们的概念，在那里该技术既可以节约用水，又能创造电力。
“如今，可再生能源技术的进一步发展面临着许多技术和非技术挑战，”Sahin 说。“一种基于蒸发的能源技术可以很好地补充现有的技术，提供一种在特定地点可能更适宜，或在其他可再生能源技术无法工作时能够发电的替代方案。”
玛琳·西蒙斯为Nexus Media撰稿，该媒体是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合新闻社。
