到了2050年,，人們也許都能夠住上一種藻類發(fā)電建筑。如今，西班牙工程公司Arup 已經(jīng)在德國漢堡開始了他們的“試驗(yàn)”,。
由于全球氣候變暖,，環(huán)境壓力加重，傳統(tǒng)礦物燃料被視為終將被替代的污染能源,，可再生的生物質(zhì)能成為了科學(xué)家爭相研究的對象,，誰最先找到突破性技術(shù)，誰就將真正改變未來的能源格局,。
全球首座藻類發(fā)電建筑開工
從德國漢堡這座“未來建筑”來看,，藻類被裝在正面長方形的遮陽板內(nèi)，里面同時(shí)嵌有生物反應(yīng)器,。由于暴露在陽光下,，藻類利用光合作用就可以產(chǎn)生許多生物量和熱量，也能再次轉(zhuǎn)化為電能,，為建筑物提供所需的能源,。因此，Arup稱它為“活的建筑”,。
對大眾而言,，藻類似乎總也擺脫不了制造水污染的形象，可它搖身一變,，卻成為了一種可再生能源,。
不必驚訝，它與秸稈,、糞便,、垃圾、有機(jī)廢水等一樣,，是僅次于煤炭,、石油、天然氣的第四大能源——生物質(zhì)能的載體,，它們都可以利用自身特殊的化合作用而產(chǎn)生電能,。
其實(shí)，它們的特性與人們熟悉的礦物燃料很相似,，比如,，最常見的就是通過燃燒能源林、秸稈等,，將產(chǎn)生的熱能最終轉(zhuǎn)化成電能,。
不過，與礦物燃料在燃燒過程中會排放出二氧化碳?xì)怏w正相反,，其生產(chǎn)過程會吸收大量二氧化碳,，因而是實(shí)足的低碳燃料,。
而在生物質(zhì)能的隊(duì)伍中，藻類還是顯得有些與眾不同,。
藻類油脂成生物柴油
藻類是地球上最古老的植物,，至今已有38億年的歷史，它也是地球上最早吸收二氧化碳,、產(chǎn)生氧氣的植物,，世界上50%的二氧化碳被藻類吸收，50%的氧氣由藻類釋放,，是減碳的“資深物質(zhì)”,。
更重要的是，藻類含有豐富的油脂,。利用光合作用,，藻類將二氧化碳轉(zhuǎn)化為自身的生物質(zhì)從而固定碳元素，再通過一定的誘導(dǎo)反應(yīng)使藻類自身的碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為油脂,，人們只需將藻類細(xì)胞內(nèi)的油脂運(yùn)到細(xì)胞外,，進(jìn)行提煉加工，就能制成生物柴油,。要知道,，液體燃料是最容易儲存和運(yùn)輸?shù)哪茉础?/p>
中國石油大學(xué)（北京）新能源研究中心特聘教授傅鵬程告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，藻類還是一種很聰明的生命機(jī)體,。
正常藻類的生長過程以生物量的積累為主,，藻的數(shù)量越積越多，可它們的含油量并不高,。一旦它們受到環(huán)境脅迫時(shí),，比如養(yǎng)分被切斷，那么,，它們便開始轉(zhuǎn)換生長模式,，從生長的過程變成儲能的過程，盡可能地把吸收到的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化成油脂存起來,。傅鵬程形容,，這就好比松鼠存松果過冬一般。人們便可以利用藻類的這個(gè)特性,，獲取更多的生物柴油,。
據(jù)國外研究顯示，同樣單位面積的油料作物,，藻類的產(chǎn)油率百倍于普通油料作物,。況且它幾乎在世界上任何有水的地方都能生長，生長周期短而壽命長,。
如果將來自礦物燃料發(fā)電廠的廢氣直接通入微藻生產(chǎn)設(shè)備,，既能生產(chǎn)能源，還能清潔空氣,。因此,，藻類是未來礦物燃料最完美的替代者之一。
“不過,，目前,，藻類的篩選和培育，尤其是光合生化反應(yīng)技術(shù),，并沒有將藻類光合作用的轉(zhuǎn)化效率提升至可進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的水平,。”
傅鵬程在夏威夷大學(xué)工作時(shí)，曾參與過美國國防部一個(gè)關(guān)于藻類發(fā)電應(yīng)用的研究項(xiàng)目,。研究者設(shè)想,，在美國位于印度洋中央的一個(gè)軍事基地上培育藻類，作為基地的能源補(bǔ)給,，因?yàn)楫?dāng)?shù)氐臍夂驐l件非常適宜養(yǎng)殖藻類,。遺憾的是，該想法最終也沒有實(shí)現(xiàn),。
葉綠素讓植物也帶電
不知你是否聽說過一種神奇的樹,，它們生長在印度，如果人們不小心碰到它的枝條,，立刻就會產(chǎn)生像觸電一樣的難受感覺,。也就是說，這種樹自身就有發(fā)電和蓄電的本領(lǐng),。
更有意思的是,，人們發(fā)現(xiàn)它的蓄電量還會隨著時(shí)間的不同而發(fā)生變化，中午帶的電量最多,，晚上帶的電量最少,。因此，有人推測,，這可能與陽光有關(guān),。
事實(shí)上，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn),，因?yàn)楣夂献饔煤腿~綠素的存在,，理論上，植物內(nèi)部本身就有電流經(jīng)過,，也就是說,，它們可以直接用來發(fā)電。
“當(dāng)植物在進(jìn)行光合作用時(shí),，葉綠素不但能把水分解為氫和氧,，而且還能把氫分解為帶正負(fù)電荷的粒子,，也就是說，植物細(xì)胞內(nèi)存在電子傳遞鏈,。如果人為設(shè)置一個(gè)電容,，讓植物釋放電子流出，向陽極運(yùn)動,，就能產(chǎn)生電能,。”傅鵬程解釋。
理論上,，人們在植物盆栽中設(shè)置一些電極,，就可以及時(shí)搜集植物在進(jìn)行光合作用時(shí)產(chǎn)生的電量。
至于哪類植物更適合用來發(fā)電,，英國劍橋大學(xué)的研究人員認(rèn)為對生長環(huán)境要求不高,，生長迅速的蕨類植物、藻類植物,，甚至更原始的苔蘚植物應(yīng)該是不錯(cuò)的選擇,，法國的科學(xué)家則把目光對準(zhǔn)了可以長到3米多高的菊科植物。
不過,，傅鵬程告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者,，目前，植物自身能產(chǎn)生的電量實(shí)在太微弱了,，微弱到人們用手根本觸摸不到,，這是因?yàn)楣夂献饔玫霓D(zhuǎn)化效率還很低。
有人說,，每片葉片的面積雖小,，葉綠素有限，但如果就整棵樹的葉片面積而言,，葉綠體的總量也是可觀的,。
可他指出，每一個(gè)植物體,，甚至每一片葉子內(nèi)的電流方向都是不同的,，要讓整棵樹產(chǎn)生的電流最終都匯集到同一點(diǎn)還很難實(shí)現(xiàn)。
此前,，韓國延世大學(xué)和斯坦福大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)出了一種新型燈具,，該燈采用直徑僅為30納米的電極和其他器件，利用藻細(xì)胞中的葉綠體獲得電流來驅(qū)動燈泡,?？砂ㄔO(shè)計(jì)師在內(nèi)的很多人都認(rèn)為，這款燈在2035年投入量產(chǎn)可能比較現(xiàn)實(shí)。
細(xì)菌電池可藏人體內(nèi)
如果說,，植物利用光合作用發(fā)電的效率還著實(shí)不能令人滿意,，那么，不需要陽光,，就能直接將體內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的微生物就顯得更靠譜些,。
早在1910年，英國植物學(xué)家馬克·皮特首先發(fā)現(xiàn)有幾種細(xì)菌的培養(yǎng)液能夠產(chǎn)生電流,。傅鵬程解釋,，細(xì)菌發(fā)電的原理與植物電相似,，只是它們的能量來源不同,。微生物跟人一樣，利用有機(jī)物作為碳源,，尤其是它們最喜歡的葡萄糖,，經(jīng)過吸收、降解,，轉(zhuǎn)變成能量,。
馬薩諸塞州立大學(xué)的斯瓦德斯·查德烏里和德里克·拉威萊曾制作出一個(gè)細(xì)菌發(fā)電的原型機(jī)。那是一個(gè)有兩個(gè)封閉空間的容器,，每個(gè)空間內(nèi)都有一個(gè)石墨電極,。其中一個(gè)空間內(nèi)放有一種地下細(xì)菌，它們在葡萄糖溶液中游動,，在產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后分解為二氧化碳和電子,，而電子被傳輸?shù)礁浇年枠O，然后又通過外電路傳送到另一塊電極,，形成電流,。
2012年1月，美國宇航局甚至開始了一項(xiàng)關(guān)于微型行星探索機(jī)器人的細(xì)菌供電技術(shù)的初步研究,。
目前,，這類微生物燃料電池發(fā)電的基質(zhì)主要是含有大量有機(jī)物的工業(yè)和生活污水，不過,，科學(xué)家發(fā)現(xiàn),，我們的人體同樣可以成為微生物發(fā)電的基質(zhì)。
眾所周知,，人體的腸道內(nèi)存在著大量菌群,，一天三餐可以源源不斷為其提供有機(jī)物，因此,，它們正是具有產(chǎn)電能力的微生物,。
而利用人體微生物發(fā)電，人們最先想到的供電對象恐怕就是心臟起搏器,。
心臟起搏器的電池壽命決定了工作時(shí)長,，只要人還活著,，電池卻消耗殆盡了，就不得不進(jìn)行額外的手術(shù)更換電池,。人體微生物發(fā)電恰恰可以彌補(bǔ)現(xiàn)有心臟起搏器電池的最大缺陷,，因?yàn)椋墓╇娖谙夼c人的壽命是一致的,。
不過,，在傅鵬程看來，與成熟的發(fā)電技術(shù)相比,，細(xì)菌的產(chǎn)電效率依然太低,，幾乎不到10%。此外,，電池的生產(chǎn)成本也非常高,，性價(jià)比差，因此,，該技術(shù)同樣還無法達(dá)到資本投資的價(jià)值,，自然還不能作為直接的能源來使用。
能源轉(zhuǎn)化效率成最大瓶頸
由于二氧化碳和其他溫室氣體的逐年增多,，全球氣候變暖導(dǎo)致全球氣溫顯著上升,。因此，人們寄希望于光合技術(shù)和生物技術(shù)產(chǎn)品能夠降低二氧化碳排放,，從而減緩地球變暖,。但是，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者,、德國馬普生物物理研究所所長Hartmut Michel的觀點(diǎn)是：不能,。
國家發(fā)改委能源研究所研究員姜克雋告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，理由很簡單,，因?yàn)?，?dāng)前光合作用的轉(zhuǎn)化效率太低，儲能又成為一大難題,。
他表示,，即使光伏電池在國內(nèi)受到不少爭議，它的太陽能平均轉(zhuǎn)化效率最好能達(dá)到16%~17%,。“生物質(zhì)直接將內(nèi)在化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的效率只有在高于該水平的前提下,，才有可能進(jìn)行應(yīng)用推廣。”
據(jù)他透露,，美國已經(jīng)研發(fā)成功能將光伏轉(zhuǎn)換效率提升至40%的光伏電池,。“那些聽起來令人興奮的新能源，只有突破性技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，才有可能真正改變未來的能源格局?，F(xiàn)階段,，它們還依賴于基礎(chǔ)性研究的進(jìn)展。”（生物谷Bioon.com）
