提到工業革命，就不得不提蒸汽機。
蒸汽機的改良促進了機械工業甚至社會的發展，解決了大機器生產中最關鍵的問題，推動了交通運輸的空前進步，人類也從此進入“蒸汽時代”。直到20世紀初，蒸汽機仍然是世界上最重要的原動機。
兩個多世紀之后，科學家們再次從蒸發中獲得啟發：來自美國哥倫比亞大學的科學家對天然水汽蒸發過程中可采集的能量進行評估后，發現其產生的功率密度居然達到了風電的3倍。這意味著如果能夠合理利用水汽蒸發所產生的能量，那么其將會為人類提供大量的清潔電力。
蒸發的啟迪
蒸發主要受制于水面所接受的太陽輻射能量。對于地球來說，其表面吸收的近一半太陽能會驅動水分蒸發，其能量規模相當可觀。
根據美國哥倫比亞大學Ozgur Sahin及其同事的計算，在美國，除五大湖之外，現有的湖泊和水庫每年水汽蒸發所產生的能量可產生28.5億兆瓦時的電量，這相當于2015年美國總發電量的2/3。
“水本來就會蒸發，它無時無刻不在蒸發。如果你把某個表面弄濕了，它自己會干，這就是自然的力量。”Sahin表示，“我們做的只是找到一個方式把這種力量用于一些實際的工作。”
在2014年一項研究的基礎上，Sahin發現，在潮濕的環境中，普通土壤中的細菌孢子會吸水膨脹，而在干燥的空氣中則會釋放水汽然后縮小。這些孢子大小變化的原理可以用于改變物體的長度。
得益于這一啟發，Sahin的團隊創建了幾個微縮模型。這些模型都是用干燥時會收縮的材料制成的，比如粘有孢子的膠帶。當膠帶暴露在干燥空氣中時，孢子體積縮小，膠帶像彈簧一樣縮短；而在潮濕的空氣里，膠帶就會變長。
“他們就像肌肉一樣工作，能夠產生很大的推拉力。”Sahin和同事將其稱為“潮解性驅動的人工肌肉”。
之后，研究團隊利用“人工肌肉”研制出了一個活塞狀的水汽蒸發驅動型引擎。他們將“人工肌肉”放在一個帶蓋的塑料箱里，然后將箱子放置在水面上。蒸發的水汽使得“人工肌肉”膨脹并將蓋子頂開，箱子里的濕氣就會泄露出去；水汽一減少，“人工肌肉”就會縮小，蓋子又重新被蓋上。這個過程會一直循環往復。最終，研究人員利用收集到的蒸發能量點亮了一個發光二極管。
值得一提的是，這種類似的水汽蒸發驅動型引擎能夠全天候工作。雖然夜間的蒸發較少，但是白天被阻擋的那部分蒸發會以溫水的形態儲存下來。“夜晚就能夠利用這個能量，這是一個巨大的優勢。”Sahin解釋。
科學家們研制的第二個機器帶有一個塑料輪子，輪子被粘了孢子的膠帶覆蓋。輪子的一半被放置在干燥的空氣中，這一部分的膠帶會卷起；輪子的另一半被放在相對潮濕的空氣中，膠帶則會伸直。機器工作時輪子就開始旋轉，旋轉所產生的動力足以驅使一個玩具車前進。
潛力巨大
水汽蒸發驅動型引擎和能量采集器方面的技術，還可以使蒸發造成的水流失減少近一半。因此，對于經常出現水資源緊張和水短缺的地區，這類能源采集系統可能會受到歡迎。
雖然科學家們已經展示了將蒸發能量轉化為功的能力，但是人們對這種資源尚有疑惑，主要是對其可用性、可靠性和未來潛力等知之甚少。
“問題在于是否有實際的方法來捕獲能量。”美國斯坦福大學卡內基科學研究所的Ken Caldeira坦言。他對于這一裝置能否有效地將水汽蒸發產生的能量轉化為電能表示懷疑。
此外，研發能夠大批量生產的蒸發發電機也是一項艱巨的任務。事實上，目前很少有團隊探索這一領域。
而隨著水上太陽能發電廠的日益普及，這項新技術可能還面臨著與太陽能板競爭的殘酷現實。但正如Sahin所說的，蒸發發電機可以用便宜的生物材料做成，成本十分低廉，并且可以通過湖面或者海面持續蒸發的水汽來獲得動力，因此就這一點而言比太陽能板更具有優勢。
如果這項技術真的能夠實現大規模應用，那么它可能會因為減少蒸發而影響當地氣候。但據研究團隊推斷，其至少要覆蓋25萬平方公里的面積才能產生效果。而就如此大的尺度來說，其實所有形式的能源發電，包括風能和核能都能夠影響天氣和氣候。但在一些極端降雨越來越嚴重的地區，減少水汽的蒸發或許能夠帶來一些有益的效果。
即便這項技術仍有待完善，但不可否認的是，這項發明為我們提供了一個利用能源的新思路。研究團隊相信，他們的發現可以推動水蒸發能量轉化材料與裝置的改進，未來或將為可再生能源面臨的間歇性問題提供一種良好的解決方案。■