利用“植物生长”发电 荷兰研发新技术点亮城市街灯
日期： 2015-04-30 来源：菲律宾科技网
由荷兰瓦赫宁根大学研究人员成立的一家Plant-e公司研发出一种新技术，可从生长的植物中不断获取电力，在夜晚点亮城市的LED街灯。目前该技术已在当地两个地方启用。
这项利用植物发电的技术项目很适合应用在城市建筑物和房屋的屋顶。据介绍，新技术基于自然的过程，从土壤中捕获电子，依靠植物的持续成长过程产生电力。该方法使用过程中不会损伤植物，仅需光、二氧化碳和水。当植物生长时，它们会产生比其自身需要更多的糖，这些多余的糖会被周边土壤回收和分解，释放出质子和电子。研究人员则将电极放置入土壤，从中捕获电子发电。
据报道，日前海姆拉格市300多个LED灯完全由Plant-e公司称为“星空”的项目点亮。并且，植物电源也被用于该公司在荷兰瓦赫宁根的总部。这两个项目都使用到本地水生植物。
Plant-e公司的新技术装备已经可以用于现有的稻田，而各类湿地更为适用。工程师可在湿地水平面以下放置管道，像泥炭沼泽、红树林、稻田或三角洲等均可如法炮制，进行发电。
Plant-e公司于2009年由荷兰瓦赫宁根大学的大卫·斯特里克和马基林·海尔德成立，是一家开发潜在能源的公司，主要是做植物发电项目。
Plant-e公司的终极目标是将该项目发展到世界各地。Plant-e公司创立者称：“希望总有一天，这项技术能够为贫困地区提供电力，而那里有着丰富的植物世界，如水稻或附近的湿地。如果能够计算出如何以低成本的方式运作，将意味着这一新的清洁能源给电力匮乏地区的人带来福音，估计惠及占世界人口的近25%。”
解析“植物发电”技术
我们都知道，太阳能电池是利用阳光来发电，而植物也是用阳光来为自己的生长提供能量。目前，制约太阳能发电规模的重要因素是太阳能电池板成本太高。那么，有没有可能舍弃掉昂贵的电池板，而利用廉价的植物来作为太阳能发电的载体?那就是利用植物来发电。
植物利用太阳能发电的原理
植物进行光合作用时，叶绿素不但能把水分解为氢和氧，而且还能把氢分解为带电荷的氢离子和带负电荷的电子。此时，植物体内会有电流产生，然后白白地消耗掉了。如果用人工的方法控制这个产生电流的过程，就可以积累植物中的电量，为人们提供生活和工业所需的用电。
几年前，为了验证植物叶绿素发电的可行性，日本科学家进行了一个特别的实验。研究人员把从菠菜叶内提取的叶绿素与卵磷脂混合，涂在透明的氧化锡结晶片上，用它作为正极安置在“透明电池”中，当它被太阳光照射时，就会产生电流。研究表明，用叶绿素制造的电池能把太阳能的30%转换成电能，而现有的多数太阳能电池板仅能把10%～20%的太阳能转变为电能。因此，研究人员认为利用植物进行太阳能发电应该比太阳能电池板发电的潜力更大。
活生生的生物光伏电池
研究人员把利用植物进行太阳能发电的方式称作“生物光伏发电”，用这种方法制成的电池为“生物光伏电池”。然而，日本研究人员制造的生物光伏电池有一个很大的缺陷，那就是不能持久发电，因为用于制造电池的叶绿素与卵磷脂都是从植物中提取出来的大分子有机物，离开植物的生存环境后很容易分解而失去吸收太阳能的功效。
于是，英国剑桥大学的研究人员改进了日本研究人员的发电技术。他们认为利用活生生的植物也可以发电，并开发出不少活的“生物光伏电池”。比如，研究人员在一些植物盆栽中设置一些电极，就可以及时搜集植物在进行光合作用时产生的电量。根据目前进行的实验，一盆直径1米的蕨类植物可以产生100瓦的电力，在阳光灿烂的日子一天可以产生将近1度电。蕨类植物对生长所需的土壤肥力要求不高，管理起来十分方便，生长也很迅速，比较适合用作发电。
主要用杂草和树木发电
除了蕨类植物外，研究人员更看好的是各种藻类植物，因为藻类生长和扩张都很迅速，对环境的要求更低，各种水质的水域都可以生长藻类，阴暗潮湿的地方也可以生长藻类。除了藻类外，更加原始的苔藓类植物也是研究人员即将利用的对象。当然，植物资源最丰富的森林是研究人员所认为的“生物光伏”电能宝库。他们已经设计了一种电能杆，准备从森林中的树木中搜集电能。
我们知道，世界上的能量是守恒的。如果把植物光合作用的能量用于发电，必然会影响植物的生长。因此，在未来将主要用杂草和树木来发电，不会用粮食作物、蔬菜和果树来发电。和传统的太阳能发电一样，“生物光伏”发电也面临着储能的问题。也就是说，有阳光照射的时候，电能会源源不断地产生并需要及时消耗，而在夜晚没有阳光的时候则不会产生电能，需要用一些储电设备来解决这个问题。
尽管利用植物进行太阳能发电的技术刚刚起步，研究人员却对它的前景十分看好。植物发电不但效率高，而且十分便捷，可以当地发电当地使用，不需要复杂的电网进行远程输电，尤其适合偏僻地区和灾区。剑桥大学的研究人员甚至认为，在乡村和旅游度假区，生物光伏电池将有可能逐步取代同样是刚刚起步的太阳能电池;在城市，居民可以利用阳台上、庭院中和家里的各种盆栽植物来发电，为家庭的电器提供电能。
植物发电厂前景看好
太阳提供的热能是地球上最丰富的能量来源，但是目前仅有一小部分的太阳辐射被转换为有用的能量。 为解决这个问题，美国佐治亚大学的研究者们从大自然中获得灵感，目前正在研究一种可以通过使用植物发电的新技术。
“获得清洁能源是本世纪人类的需要。”佐治亚大学助理教授拉玛沙米在《能源与环境科学学报》上发表相关文章表示：“这种方法有一天可能将改变我们的能力，即可使用以植物为基础的系统，利用阳光产生清洁的电力。”
植物是使用太阳能发电无可争议的冠军。经过数十亿年的进化，它们中的大部分在工作时能达到接近100%的量子效率，这意味着植物能捕获阳光中的每一个光子，从而产生数量相等的电子。甚至这一部分电子转变为电能后，还将改善太阳能电池板的效率。目前，电池板的运行通常在12%至17%之间。
在光合作用中，植物利用阳光把水分解成氢和氧原子，再产生电子。这些新释放的电子帮助制造糖分，植物利用这些糖分支持自己的生长和繁殖。
同时也是佐治亚大学纳米科学与工程中心成员的拉玛沙米说：“我们已经开发出一种中断光合作用，在植物制造糖分之前捕捉电子的新方法。”
拉玛沙米的技术涉及这一种在植物细胞中分离出的、被称为类囊体的结构，它负责捕获和存储太阳能。研究人员利用包含在类囊体中的蛋白，阻断电子流的通道。
这些修改后的类囊体，被固定在一个专门设计的、只有人头发直径五万分之一的圆柱形碳纳米管中。这种碳纳米管作为导电体，可以从植物中捕获电子并通过导线发送。
在小规模的试验中，这种做法产生的最大电流密度比其他类似实验的结果大两个数量级。但拉玛沙米也指出，在该技术能够达到商业化前还有很多工作要做，他和他的合作者正在致力于提高技术的稳定性。
拉玛沙米说：“在短期内，该技术可以用于只需要较少功率就能运行的远程传感器，或者其他便携式电子设备。如果我们能通过基因工程技术提高植物光合作用的稳定性，我非常希望这项新技术能在将来的竞争中取代传统的太阳能电池板。”
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