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        小議植物發(fā)電機(jī)與電肥

        2012-12-29 09:00:57陳志怡
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2012年8期
        關(guān)鍵詞:電能太陽能發(fā)電

        陳志怡

        (畢節(jié)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,貴州 畢節(jié) 551700)

        植物與電有著密切的關(guān)系,雷電的產(chǎn)生與植物有關(guān),利用植物的光合作用,可以制造“生物光伏電池”,以植物為載體,把光能轉(zhuǎn)化為電能,并且,電場還能作為一種肥料,促進(jìn)植物的生長。

        1 雷電的產(chǎn)生與植物有關(guān)

        你可知道:為什么在夏季下雨時多雷電,而在冬季降雪時極少有雷電,為什么兩極地區(qū)和凍土帶沒有閃電,為什么海洋和沙漠上雷鳴是那樣稀少,據(jù)科學(xué)家分析,這些現(xiàn)象都與植物有關(guān)。所有的花粉都帶有正電荷,雌蕊都帶負(fù)電荷,而雷電也是正電與負(fù)電接觸的結(jié)果,全世界的所有的植物每年蒸發(fā)到空氣里的芳香物質(zhì)據(jù)統(tǒng)計(jì)有1.5億噸。每一滴芳香物質(zhì)都帶有正電荷,以便把水汽吸引到自己身上,這樣,就形成了一個把芳香物質(zhì)包在核心的水汽罩。它們一點(diǎn)一滴,越聚越多,最終就可以形成發(fā)出電閃雷鳴的大塊云團(tuán)。地球各大洲上空,每秒鐘大約發(fā)生100次閃電,據(jù)說如果把這些電聚集起來,可以得到功率為1億千瓦的強(qiáng)大電荷。這正是植物每年散發(fā)到空氣中的數(shù)百萬噸芳香物質(zhì)所帶走的那部分能量。

        2 植物也可以作為發(fā)電機(jī)

        我們知道風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電,火力發(fā)電、核電,太陽能發(fā)電,但是你有沒有聽說過植物也可以發(fā)電?其實(shí),近年來法國與其他地中海沿岸國家一道,積極開展了植物發(fā)電的試驗(yàn)研究。

        2.1 植物發(fā)電原理

        植物進(jìn)行光合作用時,葉綠素不但能把水分解為氫和氧,而且還能把氫分解為帶電荷的氫離子和帶負(fù)電荷的電子。此時,植物體內(nèi)會有電流產(chǎn)生,然后白白地消耗掉了。如果用人工的方法控制這個產(chǎn)生電流的過程,就可以積累植物中的電量,為人們提供生活和工業(yè)所需的用電。

        2.2 植物發(fā)電的可行性

        科學(xué)家做過一個有趣的實(shí)驗(yàn):他們利用綠葉在早晨八九點(diǎn)鐘太陽光照射下的光電效應(yīng),用一個特定的儀器和靈敏度極高的微型電流表竟然測出15微安的電流。雖然15微安的電流極其微小,但如果綠葉受光面積增大,則綠葉所發(fā)的電流也可增強(qiáng)。從這一實(shí)驗(yàn)得到的啟發(fā)是,綠葉可以發(fā)電。

        幾年前,為了驗(yàn)證植物葉綠素發(fā)電的可行性,日本科學(xué)家進(jìn)行了一個特別的實(shí)驗(yàn)。研究人員把從菠菜葉內(nèi)提取的葉綠素與卵磷脂混合,涂在透明的氧化錫結(jié)晶片上,用它作為正極安置在“透明電池”中,當(dāng)它被太陽光照射時,就會產(chǎn)生電流。研究表明,用葉綠素制造的電池能把太陽能的30%轉(zhuǎn)換成電能,而現(xiàn)有的多數(shù)太陽能電池板僅能把10%~20%的太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。因此,研究人員認(rèn)為利用植物進(jìn)行太陽能發(fā)電應(yīng)該比太陽能電池板發(fā)電的潛力更大。

        研究人員把利用植物進(jìn)行太陽能發(fā)電的方式稱作“生物光伏發(fā)電”,然而,日本研究人員制造的生物光伏電池不能持久發(fā)電,因?yàn)橛糜谥圃祀姵氐娜~綠素與卵磷脂都是從植物中提取出來的有機(jī)物,離開植物的生存環(huán)境后很容易分解而失去吸收太陽能的功效。

        英國劍橋大學(xué)的研究人員改進(jìn)了日本研究人員的發(fā)電技術(shù),利用活的植物發(fā)電,比如,研究人員在一些植物盆栽中設(shè)置一些電極,就可以及時搜集植物在進(jìn)行光合作用時產(chǎn)生的電量。根據(jù)目前進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),一盆直徑1米的蕨類植物可以產(chǎn)生100瓦的電力,在陽光燦爛的日子一天可以產(chǎn)生將近1度電。蕨類植物對生長所需的土壤肥力要求不高,管理起來十分方便,生長也很迅速,比較適合用作發(fā)電。

        除了蕨類植物外,研究人員更看好的是各種藻類植物,藻類生長和擴(kuò)張都很迅速,對環(huán)境的要求更低,分布廣,斯坦福大學(xué)的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,將其插進(jìn)綠藻細(xì)胞當(dāng)中。這么小的電極不會對綠藻細(xì)胞造成致命損傷,有彈性的細(xì)胞膜會封住電極,葉綠體會正常工作,但是所產(chǎn)生的電子卻會被電極吸走而形成電流。每個綠藻僅能夠產(chǎn)生一兆分之一安培的電流,幾乎完全可以忽略不計(jì)。但是Ryu希望通過“螞蟻雄兵”的策略來讓這種方法顯得有些可行性。現(xiàn)在研究者們制造了一些細(xì)金絲,表面有著向著同一個方向傾斜的微小尖刺。當(dāng)含有大量綠藻的水逆著尖刺的傾斜方向流過時,綠藻就會被掛在尖刺上,變成了一個微小的電池。通過這種方式,研究者們已經(jīng)能在一小時內(nèi)生產(chǎn)出大約與一節(jié)普通電池相當(dāng)?shù)碾娏俊?/p>

        2.3 植物發(fā)電的前景

        如果把植物光合作用的能量用于發(fā)電,必然會影響植物的生長。因此,在未來將主要用雜草和樹木來發(fā)電,不會用糧食作物、蔬菜和果樹來發(fā)電。和傳統(tǒng)的太陽能發(fā)電一樣,“生物光伏”發(fā)電也面臨著儲能的問題。也就是說,有陽光照射的時候,電能會源源不斷地產(chǎn)生并需要及時消耗,而在夜晚沒有陽光的時候則不會產(chǎn)生電能,需要用一些儲電設(shè)備來解決這個問題。

        利用植物為載體使太陽能轉(zhuǎn)化為電能,相對于太陽能電池板來說,成本較低。研討者們正在尋找擁有更多葉綠體的植物,也在改良制作電極的工藝,盡管利用植物進(jìn)行太陽能發(fā)電的技術(shù)剛剛起步,研究人員卻對它的前景十分看好。植物發(fā)電不但效率高,而且十分便捷,可以當(dāng)?shù)匕l(fā)電當(dāng)?shù)厥褂?,不需要?fù)雜的電網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程輸電,尤其適合偏僻地區(qū)和災(zāi)區(qū)。葉綠體的優(yōu)點(diǎn)還在于無論是春夏秋冬、晴陰雨雪,它都能吸收光能并轉(zhuǎn)化為電能。

        3 電肥

        “電氣栽培”創(chuàng)始人是物理學(xué)家萊姆斯特倫,他進(jìn)行了幾組田間實(shí)驗(yàn),把生長的植物置于上懸電線的電場中,其電壓梯度為10千伏/米,電線不直接與植物相連,但是小的電流能通過空氣中的離子到達(dá)植物。在這種條件下,植物生長茂盛,收成比預(yù)計(jì)高出半倍。萊姆斯特于1904年發(fā)表了他的研究結(jié)果。

        英國帝國大學(xué)的植物生理學(xué)家貝萊克曼也做了相似的實(shí)驗(yàn)。1915-1920年,他在英國三個不同區(qū)域?qū)ρ帑湣⒋篼?、冬小麥和車軸草-甘草雜交種進(jìn)行了田間實(shí)驗(yàn)。他每天以40-80千伏的電壓給電線充電6小時。在18組實(shí)驗(yàn)中,14組顯示出增產(chǎn),9組增產(chǎn)高于預(yù)期值30%.燕麥和大麥增產(chǎn)22%。盆栽作物的實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn),玉米和大麥作物在電線下生長茂盛。當(dāng)貝萊克曼使電線帶負(fù)電以及用交流電替代直流電時,植物茂長的效果依然存在。

        植物和動物一樣都具有生物電,因?yàn)樽匀唤缡且粋€大電場,作物與大地緊密地連在一起,因而被充了電。科學(xué)家們觀察發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物體內(nèi)的電位同大氣的電位差越大,農(nóng)作物的光合作用越強(qiáng)。科學(xué)家們還做了一些有趣的實(shí)驗(yàn):將西瓜種子在75V電壓的稀鹽酸溶液中浸泡后,西瓜的含糖量增加了4%,產(chǎn)量提高了10%;又用220V電壓處理西紅柿,其果實(shí)中維生素C的含量增加7%,糖分增加2%,而產(chǎn)量增加了17%。

        電場之所以能成為肥料,是由于生物體中的每一個細(xì)胞都是一個“微型電池”,電場能使它不斷“充電”。美國一位植物生理學(xué)家用微電極將1-2微安電流傳送給煙草的愈傷組織,結(jié)果生長速度增加約70%,栽培物新枝多5倍。將同一原理施用于蔬菜,結(jié)果生長周期縮短一半,產(chǎn)量增加了3-6倍。在黃瓜的長瓜期間給它施加90伏電壓,黃瓜可增產(chǎn)3倍。

        [1] 高玉哲.植物與雷電[J].植物雜志,1988,04:80-83.

        [2] 劉國信.植物發(fā)電:新的綠色能源[N].新民晚報(bào),2003-1-1(2).

        [3] 范世忠.利用植物造福人類[J].發(fā)明與創(chuàng)新,2004,10.

        [4] 劉國林,余炎.植物在電場中生長[J].國外科技動態(tài),1998,04.

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