当人们谈论清洁可再生能源时，蒸发通常不是首选，甚至根本不会被提及。
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占该国目前发电量的70%。更重要的是，它可以在白天和晚上都满足需求，解决了太阳能和风能固有的间歇性问题。
“蒸发发生于白天和黑夜，全年无休，”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首席作者Ahmet-Hamdi Cavusoglu说。这项研究计算了蒸发作为可再生能源的潜在未来影响。“通过控制蒸发，我们可以储存和控制功率输出，从而无需电池和其他储能方式，就能按需提供可靠能源。”
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，该技术利用一种无害的土壤细菌B. subtilis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。在高湿度时，孢子吸水膨胀；在低湿度时，孢子失水收缩。“在这个过程中，它们像肌肉一样运作，”他说。“它们是非常高效的肌肉，可以将孢子组装成在湿度变化时能够移动并产生力的更大材料。”
Sahin实验室开发的机器通过百叶窗的开关来控制湿度，促使涂有孢子的塑料条膨胀和收缩。“当百叶窗关闭时，水面的蒸发会提高百叶窗下方的湿度水平，导致涂有孢子的条形物伸长，”他解释说。“条形物的运动会打开百叶窗，通过排出湿气来降低湿度。当涂有孢子的条形物缩短并关闭百叶窗时，循环就完成了。由于这个过程是周期性的，涂有孢子的条形物会反复伸长和缩短。”
条形物的移动端连接着发电机，发电机产生电力。“我们拥有利用风、水和太阳能的技术，但蒸发能量同样强大，”Sahin说。“现在我们可以量化它的潜力了。”
这项技术还有节水潜力。研究估计，湖泊和水库自然蒸发到大气中的一半水分可以在这个过程中得到节约，每年约合25万亿加仑，相当于美国人消耗水量的大约五分之一。
Sahin补充说，节约如此多的水量对天气模式的影响很小。即使大规模部署，他的技术也不会显著减少导致大雨的大气湿度，因为“降水和湿气主要由海洋产生，”他说。
亚利桑那州立大学物理学家Klaus Lackner（未参与此研究）正在开发人工树，部分利用蒸发来吸收空气中的二氧化碳。“蒸发有潜力做很多工作，”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。”
在计算蒸发潜在输出时，作者将计算范围限制在美国，因为这里的气象站数据很容易获得，并排除了农田、河流、五大湖和海岸线等区域，以避免模型化更复杂交互可能产生的错误。
当然，研究人员的工作仍处于实验阶段，并局限于实验室。“如果这项技术能够提高效率并放大到足球场大小，那么蒸发作为能源的广泛应用就有可能实现，”Sahin说。“农民、市政当局和水管理机构使用许多这样的水体，”这些水体除了天然水体外，还可以提供蒸发源。此外，由于许多使用的材料是生物的，并且易于生长，因此机器的成本可能不会很高，他补充说。
它的一大优势是能够仅在需要时发电。相比之下，太阳能和风能需要在没有阳光或风的情况下依靠备用电池。此外，电池价格昂贵，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。“我们在夏季使用更多的能源，在人们下班回家后的傍晚也使用更多的能源。然而，风能和太阳能的可用性与我们的需求不匹配。这种按需能源的需求对我们的日常生活至关重要，从维持医院的灯光亮着，到让我们在家中观看Netflix流媒体。”
由于蒸发在温暖干燥的天气中能量更强，像加利福尼亚州、内华达州和亚利桑那州这样的干旱州可以从这项技术中获益匪浅。“有趣的是，许多干旱地区确实有一些湖泊或大的水体，”Sahin说。“例如，科罗拉多河和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。”
然而，“如果没有水体或其他湿润的表面，蒸发将微乎其微，这个概念将无法实现，”他补充说。“不过，即使在这种情况下，相对湿度的日常变化也可以被用来发电。”
几年前，Sahin的实验室还开发了一种蒸发驱动的活塞式发动机，能产生电力使灯闪烁，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材料的能源效率，并计划在湖泊、水库或温室进行概念测试，这些地方的技术既能节水又能发电。
“如今，可再生能源技术的进一步推广面临许多技术和非技术挑战，”Sahin说。“基于蒸发的再生能源技术可以很好地补充现有技术，提供一种在特定地点可能更合适的替代方案，或者在其他可再生能源技术无法发电时发电。”
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。
