綠色發(fā)電機(jī)

綠色發(fā)電機(jī)—

斯坦福大學(xué)的研究者們已經(jīng)成功地從綠藻的光合作用中獲取電能，他們接下來會(huì)在更多的綠色植物中找尋“發(fā)電機(jī)”。

做為這顆藍(lán)色星球上資格最老的居民之一，綠藻在過去的數(shù)十億年間繁衍得無處不在。過去數(shù)千年人們從未對(duì)這種生物投入太多的關(guān)注，但是在近幾十年間，它似乎突然被人們重新發(fā)現(xiàn)。深受能源短缺之苦的人們開始嘗試從綠藻上獲得更多能源，從生物乙醇到綠藻制氫，這種在任何水體中都能找到的小小單細(xì)胞生物似乎突然成為了令人矚目的能源新星。而最近斯坦福大學(xué)的一項(xiàng)研究則將人們對(duì)綠藻的期望又推上了一個(gè)新的高峰：研究者發(fā)現(xiàn)了直接從綠藻中獲取電能的方法。

和藍(lán)綠藻、古細(xì)菌這些表親不太一樣，綠藻體內(nèi)含有兩種葉綠素，并且由一層軟膜包裹著。做為光合作用過程的主要力量，葉綠體的作用是在陽光的作用下，將二氧化碳和水變成生長所需的養(yǎng)分，同時(shí)放出氧氣。在這個(gè)每天都要進(jìn)行的過程中，分解一個(gè)水分子將會(huì)得到一個(gè)氧原子、兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)電子，而這兩個(gè)電子將在進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化過程中，成為形成糖類養(yǎng)料的動(dòng)力來源，最終被消耗掉。

科學(xué)家Won Hyoung Ryu打算將這些電子導(dǎo)出來以形成電流?！拔覀兿嘈牛@是第一次在活體植物細(xì)胞中提取電能?！边@位在斯坦福大學(xué)獲得了博士學(xué)位、現(xiàn)在供職于韓國延世大學(xué)的研究者說：“但是這只是第一步?！?

在這項(xiàng)斯坦福大學(xué)全球氣候與能源項(xiàng)目資助的研究中，Ryu和他的同事們制造出了寬度只有數(shù)十納米的金質(zhì)電極，并且將其插進(jìn)綠藻細(xì)胞當(dāng)中。這樣小的電極不會(huì)對(duì)綠藻細(xì)胞造成致命損傷，彈性的細(xì)胞膜會(huì)封住電極，就像我們用針扎進(jìn)一只足球那樣。照常工作的葉綠體所產(chǎn)生的電子卻會(huì)被電極吸引而形成電流。雖然很少，但是畢竟提供了一種新的可能性。絕大多數(shù)的植物都含有葉綠體，這正是它們呈現(xiàn)出綠色的原因。有更多的葉綠體，就意味著更多的電能?，F(xiàn)在從事這項(xiàng)研究的科學(xué)家們已經(jīng)開始尋找擁有更多葉綠體的植物，期望它們可以在電極不住吸取電能的情況下活得更為長久。也許以后那些高大喬木的葉子上將會(huì)被插上電極，森林將不僅成為供氧站，同時(shí)還是發(fā)電站。

過去人們使用植物能源的時(shí)候，大都會(huì)將其直接燃燒，或者通過酶轉(zhuǎn)化發(fā)酵制成生物乙醇。然而這類方式并非最優(yōu)的途徑，因?yàn)橹参飪H僅會(huì)在機(jī)體內(nèi)儲(chǔ)存百分之幾的太陽能，其余的都會(huì)在生長的過程中消耗掉。而無論是直接燃燒還是制成生物乙醇之后再利用，都會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。

這種直接從植物細(xì)胞內(nèi)取電的技術(shù)不存在這些問題—理論上，它可以實(shí)現(xiàn)100%太陽能和電能的轉(zhuǎn)換，而唯一的副產(chǎn)品也只是氧氣而已。而作為對(duì)比，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中最高效的太陽能電池只能達(dá)到略高于40%的能量轉(zhuǎn)化率，工業(yè)生產(chǎn)中的太陽能電池更是不及20%。

但是實(shí)際上，現(xiàn)在這種技術(shù)只能達(dá)到與傳統(tǒng)太陽能電池差不多的能量轉(zhuǎn)化效率，而且其成本目前看來還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法降到可以工業(yè)化的程度。這和Ryu的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的那種特殊手術(shù)方法有關(guān)。他們制造了一些細(xì)金絲，表面有著向著同一個(gè)方向傾斜的微小尖刺。當(dāng)充滿了綠藻的水逆著尖刺的傾斜方向流過時(shí)，綠藻就會(huì)被掛在尖刺上，變成了一個(gè)微小的電池。在這一過程中并無法準(zhǔn)確控制綠藻的附著位置，而水流速度的微小變化都可能導(dǎo)致綠藻細(xì)胞膜破裂而受到損傷。另一方面，電極截獲了綠藻本來用于生產(chǎn)養(yǎng)料的電子，也將會(huì)讓綠藻細(xì)胞逐漸消耗而死亡。

雖然如此，容易繁殖的綠藻依然是很有希望的電能來源。在現(xiàn)階段，每個(gè)綠藻僅能夠產(chǎn)生一兆分之一安培的電流，但是研究者通過從大量綠藻細(xì)胞收集電能，已經(jīng)能夠在一小時(shí)內(nèi)生產(chǎn)出大約與一節(jié)普通電池相當(dāng)?shù)碾娏?。這種方式的可行性已經(jīng)得到了驗(yàn)證，接下來的內(nèi)容將會(huì)集中于工藝上的更多方面，例如優(yōu)化電極設(shè)計(jì)以延長綠藻細(xì)胞的壽命，或者尋找更加堅(jiān)強(qiáng)的植物等等。

但是并不是所有的人都對(duì)這種發(fā)電方式抱持樂觀態(tài)度。英國倫敦帝國理工學(xué)院的生物學(xué)家James Barber認(rèn)為這項(xiàng)研究本身很了不起，但是如果考慮以此來大量生產(chǎn)電能可能有些不切實(shí)際。他認(rèn)為，像一些微生物燃料電池那樣，收集那些從微生物細(xì)胞內(nèi)溢出的電子，可能是更合適的方式。而對(duì)于從植物中提取電能則不夠經(jīng)濟(jì)和實(shí)用。

現(xiàn)在我們并不能預(yù)言這種直接從植物細(xì)胞內(nèi)偷電的方式是否能夠成為我們所需的電能來源，正如在一個(gè)半世紀(jì)以前人們首次發(fā)現(xiàn)光伏現(xiàn)象時(shí)，也只是將之當(dāng)成奇聞來看待一樣。也許隨著生物技術(shù)和微機(jī)電技術(shù)的發(fā)展，我們可以制造出能夠具有更多葉綠體、產(chǎn)生更多電力的新型綠藻；也將會(huì)有更好更精確的方式，可以讓綠藻在植入電極之后活得盡可能長久。

面對(duì)不同的聲音，斯坦福大學(xué)的研究者們還是對(duì)未來充滿信心?！耙圃煲粋€(gè)有現(xiàn)實(shí)意義的發(fā)電設(shè)備，還有很多事要做。”Ryu說，“我們打算制造一個(gè)電極陣列，希望每個(gè)電極都能夠連接一個(gè)綠藻細(xì)胞，以形成一個(gè)真正大規(guī)模的發(fā)電系統(tǒng)?！币苍S，在未來的某一天人類真的可以像電影《阿凡達(dá)》中的納美人一樣，依靠一棵枝繁葉茂的大樹生活。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組綠色設(shè)計(jì)產(chǎn)品評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)原則、評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)流程、評(píng)價(jià)要求、評(píng)價(jià)報(bào)告及文檔管理。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組綠色設(shè)計(jì)產(chǎn)品全生命周期的評(píng)價(jià)。

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普通型柴油發(fā)電機(jī)、低燥音柴油發(fā)電機(jī)組