利用空氣中的水分發電,科學家開發出了「空氣發電機」
李超凡 / 鄭寧編譯
2020-02-25 15:25

(示意圖/來源為Pixabay)

清潔能源被認為是未來的趨勢,近年來、蘋果、Google等科技互聯網公司都加大了對風力和太陽能發電項目的投入,如何提高可再生能源的利用效率也是科學家們一直在研究的課題。

最近科學家研發出一種發電裝置Air-gen,可以直接利用空氣中的水分發電,這項技術未來可能會對可再生能源、氣候變化和醫療領域產生重大影響。

這種裝置由麻塞諸塞大學阿默斯特分校的電氣工程師Jun Yao,和微生物學家Derek Lovley共同研發,研究人員將這個裝置稱為「空氣發電機」(air-powered generator),研究成果已經發表在《自然》雜誌上。

按照Jun Yao的說法,這套發電機可以「憑空發電」,這到底是怎麼是實現的?

根據《自然》雜誌的報導,這種「空氣發電機」主要由微生物地桿菌產生的導電蛋白奈米線形成了7微米的薄膜構成,薄膜的底部和頂部各有一個電極。當蛋白奈米線與電極相連後,就可以利用薄膜從空氣中吸收水分,水分子被分解成氫離子和氧離子,導致電荷在薄膜頂部距離,利用兩個電極形成的電荷差讓電子流動,從而產生電能。

Jun Yao表示,「空氣發電機」可以7天24小時不間斷地發電,而且過程中不需要外部電源,這種能源是無污染、可再生和低成本的。

此外研究還發現,「空氣發電機」在濕度為45%的空氣中效果最好,但即便在極度乾燥的地方,比如撒哈拉沙漠,一樣能發電。Derek Lovley表示,與太陽能和風能等可再生能源相比,「空氣發電機」有著明顯優勢,它不需要風力和太陽,在室內也能運作。

據研究人員介紹,「空氣發電機」之所以能做到長時間持續發電,關鍵在於奈米薄膜在吸收空氣中的水分後,利用蛋白奈米線之間的空隙形成一個可以自我維持的水分梯度,因此可以實現2個月以上的持續發電。

不過這種「空氣發電機」產生的電量十分有限,單個設備只能產生約0.5 V的持續電壓,電流密度約為17 μA/cm²,需要多個設備一起運作才能實現供電。研究人員表示,目前「空氣發電機」已經能為小型電子設備供電。

為了提高「空氣發電機」的效率, Derek Lovley的實驗室最近還開發了一種新的微生物菌株,利用大腸桿菌批量生產奈米蛋白線,進一步降低成本。

研究人員下一步計畫,是讓「空氣發電機」實現為健身追蹤器、智慧手錶等可穿戴設備供電,讓這些設備不再需要傳統的電池。他們還希望將其應用在手機上,讓手機用戶擺脫行動電源。而這項研究的最終的目的,則是開發能為房屋供電的大型系統。

這種「空氣發電機」體現了新能源研究的一個新的方向,透過電子工程和微生物學這樣的跨學科合作,如果這項技術真的能夠成熟商用,對於能源領域來說無疑是一大突破。

據了解,除了「空氣發電機」,該實驗室還在研發其他基於奈米蛋白線的應用,Jun Yao表示:「基於蛋白質的電子設備新時代才剛剛開始。」

本文為愛范兒授權刊登,原文標題為「科學家開發出一款「空氣發電機」,「憑空發電」真的實現了」