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(guó)漢堡開(kāi)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(zhēng)相研究的對(duì)象，誰(shuí)最先找到突破性技術(shù),，誰(shuí)就將真正改變未來(lái)的能源格局,。
全球首座藻類發(fā)電建筑開(kāi)工
從德國(guó)漢堡這座“未來(lái)建筑”來(lái)看,，藻類被裝在正面長(zhǎng)方形的遮陽(yáng)板內(nèi)，里面同時(shí)嵌有生物反應(yīng)器,。由于暴露在陽(yáng)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(duì)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(jiàn)的就是通過(guò)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(guò),，與礦物燃料在燃燒過(guò)程中會(huì)排放出二氧化碳?xì)怏w正相反,，其生產(chǎn)過(guò)程會(huì)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(guò)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(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)哪茉础?/p>
中國(guó)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(guó)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(zhǎng)過(guò)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(kāi)始轉(zhuǎn)換生長(zhǎng)模式，從生長(zhǎng)的過(guò)程變成儲(chǔ)能的過(guò)程,，盡可能地把吸收到的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化成油脂存起來(lái),。傅鵬程形容，這就好比松鼠存松果過(guò)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(guó)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(zhǎng),，生長(zhǎng)周期短而壽命長(zhǎng),。
如果將來(lái)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(lái)礦物燃料最完美的替代者之一,。
“不過(guò),，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(méi)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(guò)美國(guó)國(guó)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(guó)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(méi)有實(shí)現(xiàn),。
葉綠素讓植物也帶電
不知你是否聽(tīng)說(shuō)過(guò)一種神奇的樹(shù),，它們生長(zhǎng)在印度，如果人們不小心碰到它的枝條,，立刻就會(huì)產(chǎn)生像觸電一樣的難受感覺(jué),。也就是說(shuō)，這種樹(shù)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(huì)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(cè),，這可能與陽(yáng)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(guò),，也就是說(shuō)，它們可以直接用來(lái)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(shuō),，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(yáng)極運(yùn)動(dòng)，就能產(chǎn)生電能,。”傅鵬程解釋,。
理論上,，人們?cè)谥参锱柙灾性O(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(lái)發(fā)電,，英國(guó)劍橋大學(xué)的研究人員認(rèn)為對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境要求不高，生長(zhǎng)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(guó)的科學(xué)家則把目光對(duì)準(zhǔn)了可以長(zhǎng)到3米多高的菊科植物,。
不過(guò),，傅鵬程告訴《中國(guó)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(shuō),，每片葉片的面積雖小，葉綠素有限,，但如果就整棵樹(shù)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(shù)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(guó)延世大學(xué)和斯坦福大學(xué)的科學(xué)家開(kāi)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(lái)驅(qū)動(dòng)燈泡,。可包括設(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(shuō)，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(yáng)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(guó)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(lái)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(guò)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?cè)谄咸烟侨芤褐杏蝿?dòng),，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?yáng)極，然后又通過(guò)外電路傳送到另一塊電極,，形成電流,。
2012年1月，美國(guó)宇航局甚至開(kāi)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(guò),，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(duì)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(zhǎng),，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)?，它的供電期限與人的壽命是一致的。
不過(guò),，在傅鵬程看來(lái),，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(wú)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(lái)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(guó)馬普生物物理研究所所長(zhǎng)Hartmut Michel的觀點(diǎn)是：不能。
國(guó)家發(fā)改委能源研究所研究員姜克雋告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者,，理由很簡(jiǎn)單,，因?yàn)椋?dāng)前光合作用的轉(zhuǎn)化效率太低,，儲(chǔ)能又成為一大難題,。
他表示，即使光伏電池在國(guó)內(nèi)受到不少爭(zhēng)議,，它的太陽(yáng)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(guó)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(tīng)起來(lái)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(lái)的能源格局。現(xiàn)階段,，它們還依賴于基礎(chǔ)性研究的進(jìn)展,。”（生物谷Bioon.com）
