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“植物电池”:纯天然的植物能源

2017-03-30 13:45  来源: 科普中国-科学原理一点通

人类发明了太阳能电池,而植物的生长也依赖于阳光,那么我们能不能放弃昂贵的电池板,采用植物作为载体来发电呢?科学家给出了肯定的答案,而且世界上已经成功开发出“植物电池”。这种“植物电池”被称为纯天然的植物能源。

 

如何制作“植物电池”

 

很多人都对“植物电池”很有兴趣,其实早在1981年的英国,就有一位钟表匠做了一个简单的实验:他在柠檬上插入两个电极,然后将电极与小型钟表发电机的电路连接在一起,结果钟表就像连接上电源一样,开始正常走动了。

为此,这位钟表匠提出了一个大胆的假设,那就是用植物来发电!

钟表匠的实验也让人们知道,原来植物中也蕴藏着电能,一个柠檬就像一个“植物电池”一样。虽然这种方法没有被运用到实际研究中去,不过却是“植物电池”的最初尝试,同时也吸引了更多的科学家对此进行深入研究。

科学家有了最初的设想:在工作生产中,如果从水中提取氧气和氢气需要耗费大量的电能,而植物的绿叶可以通过阳光将水分分解成氢气和氧气,那么能够制造出一种利用太阳能的“电子叶”,就等于找到了一个不可估量的发电厂。不过,这样的设想最终在运用中遇到了障碍,科学家不得不宣布,制造“植物电池”并没有实际运用价值。因为要精确测出叶绿体物质对电池效率所产生的影响就十分困难,而且“植物电池”中生物系统和化学系统需要协同作用,单个系统效率的简单叠加,根本无法变成同比增加的整体效率。

虽然“植物电池”在研究及运用中困难重重,不过它的优越性还是无法比拟的,所以,时至今日仍然有许多科学家投身于这个研究领域中,不断突破和创新。相信不久的将来,“植物电池”也能够走进我们的身边,走进千家万户,真正地改变我们的生活。

 

植物电池

 

体内会“带电”的植物

 

我们认为,电只会在非生命的物体中存在,其实在人的身体中,甚至在植物的体内都存在电,这就是我们常说的生物电。可能很多人都不会理解,植物怎么会“带电”呢?

首先从植物的吸收来说,植物时时刻刻都在吸收土壤中的矿质元素,如果被植物所吸收的元素离子分布不均匀的话,就会发生植物“带电”现象。另外,植物的光合作用会产生一定的碳水化合物,同时会将水分子中的氧和氢分解出来,而在一定时间内,氢就会形成带有正负电的粒子,这样植物体也就“带电”了。另外,大气中带有阳电,而地面带有阴电,植物就像生长在地面上的“电线”一样,会从大气中吸收无数带电的粒子,这也会造成植物“带电”的情况。当然,存在于植物体内的电是十分微弱的。如果再给植物通上电,就会使植物发生电化学变化,从而加速植物体内的生化反应,增强其新陈代谢功能。

 

“带电”的植物

 

植物“太阳能系统”

 

我们都知道植物可以用来发电,世界上已经有很多家生物能源公司利用焚烧植物来进行发电。只是这样的发电方式显得过于“粗暴”,有科学家指出,其实人类完全可以采用更加平和的方式来让植物发电。

植物在进行光合作用的过程中,叶绿素不仅能够将水分解成氧和氢,还能够将氢分解成带有正负电的粒子。这时候,植物体内便会有电流产生,如果没有及时加以利用,就会让这些电流白白地损失掉。如果科学家能够利用人工的方法,将植物电流产生的过程加以控制,必然能够得到为人类提供生产、生活的电能。

科学家还尝试着将菠菜叶内提取到的叶绿素与卵磷脂混合,然后放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,当它受到阳光的照射之后,就能够产生电流。这样的尝试表明,利用叶绿素所制造的“植物电池”,能够把太阳能的30%转化成电能,而现在绝大多数的太阳能电池也无法达到这样的功率。可见,“植物电池”的潜力有多大。

 

植物太阳能系统

 

生物光伏“电池”

 

科学家将利用植物发电的方式叫做“生物光伏发电”,而将这种方式制成的电池叫做“生物光伏电池”。不过,生物光伏电池也有一个不得不说的缺点,就是发电并不持久,因为制造生物光伏电池所使用的叶绿素和卵磷脂,都是来自于植物体内,是具有大分子结构的有机物,当它们离开植物的生存环境后特别容易分解,从而失去吸收太阳能的功效。

为了弥补这个缺陷,科学家又将目光投向活着的植物,并且开发出许多活的“生物光伏电池”,比如科学家将一些电极安置在植物盆栽中,以此来收集植物进行光合作用时所产生的电量。根据研究成果显示,一盆直径约为1米的蕨类植物,就能够产生100瓦的电能,如果阳光十分充沛的话,甚至可以产生将近1度电。而且,蕨类植物生长所需要的养料并不多,管理也不麻烦,生长十分迅速,是一种非常适合用来发电的植物。

其实,除了蕨类植物以外,科学家更看好藻类植物,因为它们的生长及扩张都更加迅速,对于环境的要求也更低,几乎都在各种水域中生长。另外,科学家认为植物最为集中的森林也是“生物光伏”电能的宝库,如果能够真正把森林利用起来发电,必然会为人类提供更多的电能。

 

树木发电

 

作者:钟 虎

审校:李志洪

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作者: 钟 虎   [责任编辑: 吕芮光]