日本首座滲透壓發電廠：善用鹽度差發電
日本再生能源發展寫下重要里程碑，福岡縣啟用日本首座滲透壓發電廠。這座創新設施由福岡地區水道企業團營運，於 2025 年 8 月上旬開始運轉，讓日本成為全球第二個將這項技術實際應用的國家，僅次於 2023 年率先投入此技術的丹麥。這座電廠啟用，被視為擴大全球潔淨能源組合，以及因應氣候變遷與能源安全挑戰的重要一步。
目錄
滲透壓發電又稱鹽度梯度發電，利用海水與淡水之間自然存在的鹽分濃度差來發電。福岡電廠設計年發電量為 88 萬度（kWh），足以供應約 300 戶家庭。電力將主要用於支援當地海水淡化設施，確保福岡市及周邊地區穩定供應淡水。
滲透壓發電如何運作？
滲透壓發電是以滲透作用為原理。滲透作用是一種自然過程，水會透過半透膜，從溶質濃度較低的區域（淡水）流向溶質濃度較高的區域（海水）。福岡電廠以特殊薄膜隔開污水處理設施處理過的水與濃縮海水；薄膜只讓水分子通過，阻隔雜質與鹽分。
淡水透過薄膜流入鹽度較高的海水時，會形成壓力差。這股壓力可用來帶動渦輪機，進而驅動發電機產生電力。整個過程完全仰賴物理作用，不涉及燃燒或化學反應，因此屬於零排放技術。
福岡電廠的主要特色
- 穩定發電：滲透壓發電不受天候或日夜影響，不像太陽能或風力發電，因此能提供穩定且可預測的電力。
- 零碳排放：發電過程不會排放二氧化碳或其他溫室氣體，有助於日本達成脫碳目標。
- 結合水利設施：電廠與海水淡化設施共址，形成協同運作的系統，提升資源使用效率。
為何選在福岡？地方與全球背景
福岡位於日本西南部沿海，鄰近海水與充足的處理後淡水水源，是發展滲透壓發電的理想地點。當地既有的水利設施，包括先進的污水處理與海水淡化設施，也為導入這項新技術奠定良好基礎。
福岡地區水道企業團投入約 7 億日圓興建電廠，反映地方對發展再生能源的投入，以及日本全國對相關解決方案的重視。專案順利啟用，讓日本在鹽度梯度發電的實際應用上躋身領先行列，也有望帶動全球類似計畫的發展。
鹽度梯度發電的科學原理
利用淡水與海水混合來產生能源的概念，已有數十年的研究歷史。這個領域最主要的兩種技術是壓力延滯滲透（PRO）與逆電透析（RED）。福岡電廠採用 PRO 方法，特別適合淡水與海水水量充足、且兩者相距不遠的地點。
壓力延滯滲透（PRO）
PRO 利用半透膜隔開淡水與海水。水從淡水側流向海水側時，會增加海水側的壓力；這股壓力接著用來帶動渦輪機發電。這項技術的效率取決於幾項因素：
- 薄膜效能：薄膜必須讓水通過，同時阻隔鹽分與雜質。薄膜技術的進步，是 PRO 得以大規模應用的關鍵。
- 滲透壓差：鹽分濃度差越大，可利用的潛在能量就越高。
- 溫度：溫度較高可增加水通量與功率密度；封閉循環 PRO 系統的科學研究已證實這一點。
根據刊載於ScienceDirect的研究，在最佳條件下，功率密度已可超過 20 W/m2；隨著薄膜材料與系統設計持續改良，預期效能還會進一步提升。
從概念走向實際：克服技術與經濟挑戰
滲透壓發電並非新概念，但要實際應用仍面臨不少障礙。早期實驗受限於薄膜污堵、功率密度偏低，以及材料成本高昂。不過，近期技術進展已解決其中許多問題：
- 薄膜性能提升：現代薄膜的選擇性更高、更耐用，也更能抵抗污堵，有助於延長使用年限並提高效率。
- 系統整合：將滲透壓電廠與既有的水處理及海水淡化設施整合，可善用既有基礎設施並降低成本。
- 經濟可行性：福岡電廠預計每年發電 88 萬度，顯示滲透壓發電能實質滿足地方能源需求，尤其適合與供水作業搭配。
儘管已有這些進展，滲透壓發電仍處於商業化初期。若要擴大電廠規模並與全國電網整合，仍需持續投入資金、研究及政策支持。
全球意義：再生能源與氣候韌性
福岡滲透壓發電廠啟用之際，全球正面臨氣候變遷與能源安全的雙重挑戰。化石燃料與核能等傳統能源，因環境影響及易受極端天氣事件衝擊，正面臨日益嚴格的檢視。
例如，歐洲近期熱浪暴露出火力發電廠的限制。這類電廠通常仰賴河水冷卻，高溫可能降低其效率，甚至迫使電廠停機；2025 年夏季的法國便出現這種情況。太陽能與風力等再生能源也有供電不穩定的問題，發電量會隨天候變化。
滲透壓發電具備一項獨特優勢：不受天候影響，可穩定供電，並與其他再生能源互補。善用淡水與海水混合時自然釋放的能量，地理條件適合的國家便能提升能源韌性，減少對高碳排能源的依賴。
專家觀點與未來展望
滲透壓發電領域的權威專家、東京科學大學名譽教授谷岡明彥，對這項技術的全球發展潛力抱持樂觀看法。他表示：
能夠將這項技術實際應用，讓我感到無比激動。我希望它不只在日本推廣，也能遍及全球。
工程師與政策制定者也抱持相同看法，認為滲透壓發電可望成為再生能源組合中的重要選項。這項技術不受天候或日照影響，可持續運作，對水資源充足且能源需求高的地區尤其具有吸引力。
丹麥於 2023 年成功導入滲透壓發電，證明這項技術具備可行性；日本投入發展，則顯示相關趨勢正逐漸升溫。隨著更多國家投入研究與試驗計畫，滲透壓發電的成本與效率預期將有所改善，進而推動更廣泛的應用。
滲透壓發電與水資源、能源的循環連結
滲透壓發電與水處理及海水淡化設施整合，正是新興「水與能源關聯」概念的實例。根據刊載於Nature的一篇綜述，污水處理廠（WWTPs）若採用厭氧消化、鹽度梯度能源回收及燃料電池等技術，有潛力成為淨能源生產者。
污水處理廠透過回收處理後放流水中的能源，並盡可能提高場內再生能源發電量，可降低碳足跡並促進循環經濟。福岡電廠以處理過的污水作為滲透壓發電的原料，正是這種做法的實例，將廢物流轉化為有價值的能源資源。
挑戰與未來發展
滲透壓發電前景看好，但要廣泛普及，仍須克服幾項挑戰：
- 地理條件限制：這項技術需要大量淡水與海水，因此僅適用於具備合適基礎設施的沿海地區。
- 薄膜成本與耐用性：高效能薄膜目前仍相對昂貴，在真實環境下能否長期耐用，也仍是研究重點。
- 規模擴大與系統整合：從試驗電廠擴大至公用事業規模的設施，需要大量投資，也必須審慎整合既有能源與供水系統。
- 政策與市場支持：政府獎勵措施、研究經費及完善的法規架構，對推動創新與商業化至關重要。
儘管如此，福岡電廠成功運轉，證明這些挑戰並非無法克服。研究人員、產業界與政府持續合作，將是釋放滲透壓發電全部潛力的關鍵。
摘要
- 日本首座滲透壓發電廠於 2025 年 8 月在福岡開始運轉，使日本成為繼丹麥之後，全球第二個採用這項技術的國家。
- 電廠利用海水與淡水之間的鹽分濃度差發電，年發電量為 88 萬度，供應當地水利設施使用。
- 滲透壓發電是穩定、零排放的再生能源，不受天候或日夜影響。
- 薄膜技術與系統整合的進步，讓實際應用成為可能，但擴大規模與降低成本仍是挑戰。
- 福岡電廠展現水資源與能源循環連結的實踐方式，將處理後的污水轉化為潔淨能源。
- 專家認為，滲透壓發電可望在全球脫碳工作中扮演重要角色，尤其適用於水資源豐富的地區。
