植物发电 方兴未艾

王志成/编 译

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，可不可以利用廉价的植物来作为太阳能发电的载体呢？可以！欧美与日本等国的科研人员不仅在研发植物仿生发电技术，还发明出一些新奇产品。

植物带电之谜

为什么人的手指触及含羞草时它便“弯腰低头”害羞起来？为什么向日葵金黄色的脸庞总是朝着太阳微笑？为什么捕蝇草会像机灵的青蛙一样捕捉昆虫？

更奇特的是，北美洲有一种俗称“电竹”的缺苞箭竹，人畜都不敢靠近，一旦不小心碰到它，就会全身麻木，甚至被击倒。此外，印度的森林里有一种树是有电的。如果人们不小心碰到它的枝叶，立刻就会产生像触电一样的难受感觉。

人们注意到，上述植物多数是在有阳光照射的时候才会产生电流，而没有阳光的时候不会产生电流。由此可见，植物发电可能与太阳光有关！

植物利用太阳能发电的原理

众所周知，植物具有光合作用，但植物还具有一种光电效应，恐怕很少有人知道。

美国哈佛大学物理学家曼弗雷·杰姆斯做过一个实验：用特定的仪器和灵敏度极高的微型电流表，竟然测出天星蕨叶片传递15微安的电流。虽然这生物电流极其微弱，但随着其叶片受光面积的增大，电流也会增强。杰姆斯指出：“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。”

对于印度电树，荷兰乌得勒支大学的研究人员展开了较系统的研究。他们发现，印度电树的体内有“硅”元素，并形成太阳能硅电池的形式，所以经阳光照射会像太阳能电池一样产生电流。这种树在光合作用中不仅有发电的功能，还有蓄电的本领，并且蓄电量会随着光照时间的不同而发生变化—中午带的电量最多，午夜带的电量最少。研究人员认为：如果彻底揭开印度电树发电和蓄电的秘密，也许我们可以按照它的发电原理，制造出一种新型的发电机来。

德国汉堡大学的研究人员发现，植物的光电效应不仅与光合作用是同时发生的，而且能够蓄存适宜的电量用于其自卫的系统功能。例如：当太阳光照射到含羞草的枝叶上时，绿叶就能吸收光能并且从水分中夺取电子，这些电子不断聚集起来，并处于固定电流场中定向移动。如含羞草的叶片受到刺激后，立即产生电流，电流沿着叶柄以每秒14毫米的速度传到叶片底座上的小球状器官，引起球状器官的活动，而它的活动又带动叶片活动，使得叶片闭合。不久，电流消失，叶片恢复原状。

迄今为止，各国科研人员发现较有前景的发电植物是蕨类、藻类、苔藓植物和竹子。

植物发电能量巨大

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。电池经太阳光照射，果然产生电流。

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，他们认为利用植物进行太阳能发电应该比太阳能电池板潜力更大。

英国帝国理工学院教授达纳·麦金泰尔指出:“植物是使用太阳能发电无可争议的冠军。”要知道，经过数十亿年的进化，植物中大部分叶绿体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，电池板的最高运行效率也只在25%左右。

植物发电技术与产品

科学家正在尝试把“植物发电厂”从实验室里搬出来，为人类提供一种新的能源—叶绿素发电。

点亮LED灯的湿地植物据报道，荷兰瓦赫宁根大学达纳·贝克霍教授主持的新技术课题“植物电照亮夜空”，可从生长的植物中不断获取电力点亮LED灯。这项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，仅需阳光、二氧化碳和水。植物在生长过程中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于土壤，从中捕获电子发电。

这项技术适合应用在城市和水乡建筑物的照明。工程师可在湿地水平面以下放置管道，像泥炭沼泽、红树林、稻田或三角洲等地均可如法炮制，进行发电。

运行空调的盆栽植物由亚历克斯·德里夫教授指导的剑桥大学“植物光伏电池”科研组，开发出不少活生生的“植物光伏电池”。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。

实验表明，一盆直径1米的多孢子叶蕨类植物在阳光灿烂的日子一天可以产生将近1千瓦时电，只需3盆蕨类植物就可以满足一台空调需求的电力。而且，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。

居室照明的绿色海藻除了蕨类植物外，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，各种水质的水域或阴暗潮湿的地方都可以生长藻类。

比利时根特大学的研究人员发明设计了一款绿色海藻灯，可以把海藻的能量转化为电能。这个海藻灯就像是一种大型锥形瓶，下部安装有特别节能的LED灯，上部装了大半瓶水，水里种满了海藻。水中还有一个人们看不见的生物电池，可以从海藻那里吸取能量，夜晚为居室LED灯供电。

可为手机充电的文竹盆栽日本市场最近出现一种名为“文竹电力”的盆栽充电器，它不仅可以作为盆栽观赏，还可为手机充电。其秘密就在于花盆底部的一块生物电池。首先文竹顶部在生长过程中会不断进行光合作用，产生及排出一些化学物质，而当这些物质通过泥土传送到文竹根系的生物电池时，就会激活电池内的厌氧性微生物产生电力并储存于电池内，只需要在盆底部接入通串线，然后再连接手机即可充电。其最大的好处是24 小时都可以产生电力，每日足够为3部智能手机充电，而大家能做的就是经常浇水及施肥，以确保植物正常生长。

收听广播苔藓电池板瑞士日内瓦大学生物系恩里克·米瑞拉教授领导的研究小组研制出“苔藓收音机”，通过苔藓来为收音机提供电力。这个装置采用植株较大的大金发藓、万年藓等，在盆栽中设置一些电极，利用苔藓进行光合作用时产生的剩余电子，有效将苔藓转变为生物太阳能电池板。据米瑞拉教授介绍，目前仅仅利用了“苔藓收音机”所产电能的0.1%，这项技术有着很大发展余地。

用于路灯的枫树电源把电线往大树上一插，路灯就亮了。这是美国华盛顿大学物理系教授布莱恩·奥蒂斯科研组的新发明。该科研组利用的是“枫树天性蒸腾技术”。蒸腾作用能利用环境中的太阳能、难以收集的低热能、微风能，包括微弱的生物电能量。他们的做法是：由特殊金属制成电极，导线缠绕在树干上，正负两极将安装在树干上的“蒸腾电能传感器”与地下树根处的“纳米级超低耗电能蓄集器”连接起来，另外还有一根电极插在树根的土壤里。这样，枫树的持续电压立即从200多毫伏骤升至1.1～1.5伏，相当于一节5号AA电池，完全可为LED路灯供电。

植物发电发展趋势

尽管利用植物进行太阳能发电的技术刚刚起步，但是许多科研人员仍十分看好它的前景。

一是取代太阳能发电趋势。太阳是地球最丰富的能量来源，但是目前仅有极微小部分的阳光辐射被太阳能电池转换为有用的能量。利用植物为载体将太阳能转化为电能，相对于太阳能电池板来说，不仅光电转换效率高，而且设备成本也较低。

二是偏僻地区发电趋势。植物是使用太阳能发电无可争议的冠军。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，不需要复杂的电网远程输电，尤其适合偏僻地区和灾区。

三是家用化发电趋势。植物发电的另一发展趋势是向微小型移动式植物发电方向，即家用化植物发电站发展。在家用化植物发电中，所应用的蕨类、藻类或竹类等植物，对生长所需的土壤肥力要求不高，生长很迅速，可移动管理也十分方便。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。

四是工厂化发电趋势。专家认为，随着计算机技术、农业应用电子技术、传感器智能化技术、物联网技术和计算机网络技术研究的发展，植物发电工厂化是未来的主要发展方向。这种发展趋势终有一天可能将改变我们的能力，即可使用以植物为基础的工厂化发电系统，利用阳光产生清洁的电力。

五是叶绿体拓展趋势。叶绿体无论是春夏秋冬、晴阴雨雪，都能吸收光能并转化为电能。科研人员正在致力于拓展发电效率更高、种植更便捷及成本更低的植物科属。

由于中国地处世界竹子分布中心区，中国科研人员正在研发利用竹子进行本地应用的植物发电。

法国、西班牙等国科学家的关注对象则是地中海地区盛产的各类菊科植物。这些植物产生的能量远远高于它们成长所消耗的能量，完全可以作为植物发电的新能源进行大力开发。由于野生菊科植物数量不能满足发电的需要，所以法国正在规划大规模人工种植这类植物，以满足工厂化发电的需要。

此外，在房屋周围广泛植树，在墙边种植青萝紫藤、爬山虎等植物构成厚厚的多层覆盖的叠式植物群，不仅大为改善房舍周围的环境，也极有可能使每户人家有一个“绿叶体发电厂”，这将是真正的无尘、无污染、无噪声的最富有生命力的新型发电厂。

（资料来源：美国佛瑞斯特研究院院刊《未来产业展望》）