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海水是地球上最丰富的水资源。地球表面71%被海洋覆盖,海水总体积约13.7亿立方千米。海水中含有80多种化学元素,其中水占96.97%,氯化钠占2.7%,还有镁、钙、钾等多种有价值的化学元素。这些丰富的海水资源为人类提供了巨大的开发利用潜力。
海水淡化是解决全球淡水短缺问题的重要技术手段。目前主要有三种技术:反渗透法利用高压使海水通过半透膜,分离出盐分,能耗相对较低,应用最广泛;蒸馏法通过加热海水产生水蒸气再冷凝,产水质量高但能耗较高;电渗析法利用电场驱动离子迁移,适合处理低盐度海水。从能耗和成本来看,反渗透法最经济,蒸馏法成本最高,但产水质量最好。
海水中含有丰富的化学资源,可以提取多种有价值的物质。食盐提取主要采用盐田晒盐法,通过蒸发结晶获得,全球年产量达数亿吨。镁的提取采用石灰沉淀法,先用氢氧化钙与镁离子反应生成氢氧化镁沉淀,再通过电解制取金属镁。溴的提取使用氯气氧化法,氯气氧化溴离子生成溴单质。钾盐提取则采用分级结晶法和离子交换法。目前全球海水化学品年产量中,食盐约3亿吨,镁约100万吨,溴约50万吨,这些资源的开发为化工产业提供了重要原料。
海洋蕴含着巨大的可再生能源潜力,包括多种形式的清洁能源。潮汐能利用潮汐高度差发电,具有稳定可预测的特点,目前全球装机容量约500兆瓦。波浪能利用海浪的上下运动发电,资源丰富且分布广泛,但技术相对复杂。海流能利用海流的动能发电,能量密度高,特别适合深海开发。海洋温差能利用表层暖水与深层冷水的温差发电,适合热带海域,要求温差不少于20摄氏度。根据估算,全球海洋能源的理论潜力巨大:潮汐能约3000太瓦时每年,波浪能8000到8万太瓦时每年,海流能800太瓦时每年,温差能1万太瓦时每年。
目前全球海水资源开发利用已达到相当规模,但仍面临诸多挑战。在海水淡化方面,全球日产能已达1亿立方米,主要集中在沙特阿拉伯、以色列、澳大利亚等国家,反渗透技术占主导地位约70%。化学资源提取方面,全球海盐年产量达3亿吨,镁产量100万吨,中国和美国是主要生产国。海洋能发电发展相对缓慢,全球装机容量仅550兆瓦,以潮汐能为主。面临的主要挑战包括:技术成本高,海水淡化成本在0.5到2美元每立方米;能源消耗大,反渗透法需要3到4千瓦时每立方米;环境影响问题,如浓盐水排放和生态影响;以及技术瓶颈,包括膜污染和设备腐蚀等问题。