植物发电:新的绿色能源
 
 除了煤炭、石油等，人类已经成功地利用多种永续的能源来发电。有一群科学家突发奇想：能不能用植物发电？即利用长在土地里的植物，通过捕获它们代谢过程中产生的电能来发电。这些科学家用了近10年的时间，向世界证明：植物发电可以成为一项推动能源与环保新思路的里程碑式的科技。

植物发电的原理

我们都知道绿叶在光合作用的过程中会吸收二氧化碳，放出氧气。但要是谁对你说，植物还可以发电，你或许首先想到的是焚烧植物来进行发电。
 

然而，科学家认为，其实不需要用那么“暴力”的方式，他们做过一个有趣的实验：利用绿叶在上午八九点钟太阳光照射下的光电效应，用一个特定的仪器和灵敏度极高的微型电流表竟然测出15微安的电流。因此，我们可以认为，这种“和平”的方式也可以让植物发电。那么，植物发电的原理是什么呢？
 

原来，植物发电的本质其实是利用土壤中的微生物进行发电。发电过程中主要的能源物质来源于植物光合作用产生的有机物。这些有机物只有很少的部分提供给植物自身的生长，剩下的大部分会通过植物的根系分泌到土壤环境中。而存在于土壤中的一些特定的“产电”微生物可以有效地利用这部分有机物，经过细胞内部的新陈代谢作用将其氧化，并把该过程中产生的电子传递到细胞外部。如果在土壤中放入电路的阴极和阳极，那么这些电子最终将被阳极接收，随后通过外电路传递到阴极。在阴极，电子与和空气中的氧气结合，加上来自于阳极的氢质子，最终生成水。整个过程，植物的光合为“产电”微生物发电提供了基本养料，人工的外电路负责收取电能。

植物发电的难点

虽然植物发电的原理不难，但是要把它从实验室搬到现实生活中应用起来，科学家们需要解决很多技术难题。

产电功率低

电功率＝电流×电压，植物发电的系统中额定电压（电器长时间工作时所适用的最佳电压）是固定的，大约是1.28V。跟电压不同的是，电流则受系统内部的结构、植物及微生物的生长状态，以及运行条件等多个因素共同制约。不同的植物发电系统，产电的电流大小很可能完全不同。所以，植物发电应用到生活中的一个重要前提就是找到一个合适的植物生长系统，让电功率达到一定标准。
 

成本高
 

植物发电系统中需要引进人工的电极材料，这种电极材料要有利于微生物的成长和附着，目前最常用的是碳电极材料。此外，还需要用一些贵金属导线将这些碳电极和外电路连接，这些贵金属的使用就大大提高了植物发电系统的成本，并且还带来了环境污染和潜在的生态危害。
 

收集难度大

如果我们要给一部手机充电（所需功率是5W），根据公式可以计算出至少需要2m2（相当于34张A4纸平铺）的阳极材料面积，这么大一块面积，仅仅只能用来充一个手机，要满足正常的家用电需要似乎是不可能的。
 

植物发电的进展
 

虽然植物发电技术面临着一系列的难题，但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。利用植物进行太阳能发电应该比太阳能电池板发电的潜力更大，所以，科学家并没有放弃对它的研究。
 

日本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，当它被太阳光照射时，就会产生电流。但这种方法有其缺陷，即不能持久发电。因为用于制造电池的叶绿素与卵磷脂都是从植物中提取出来的大分子有机物，离开植物的生存环境后很容易分解，从而失去吸收太阳能的功效。
 

英国剑桥大学研究人员对植物发电实验进行了改进，他们在一些植物盆栽中设置了一些电极，就可以及时搜集植物在进行光合作用时产生的电量。目前，一盆直径1m的蕨类植物可以产生100W的电能，在阳光灿烂的日子一天可以产生将近1度电。
 

由于我国的地理环境为不同的竹种提供了极具多样性的生存条件，因此我国科学家准备从竹林的竹子中搜索电能。
 

适合发电的植物有哪些

上文中提到，一盆直径1m的蕨类植物可以产生100W的电能，在阳光灿烂的日子一天可以产生将近1度电。蕨类植物对生长所需的土壤肥力要求不高，生长迅速，适合用作发电。
 

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。除了藻类外，更加原始的苔藓类植物也是研究人员即将利用的对象。当然，植物资源最丰富的森林是研究人员所认为的电能宝库。他们已经设计了一种电能杆，准备从森林中的树木中搜集电能。

尽管利用植物进行太阳能发电的技术刚刚起步，但它以其自身独有的优势获得了各国科学家的青睐，一场用植物进行发电的科技革命正在兴起。同学们，如果未来某一天，我们所有的电子设备都放在植物上进行充电，你期待吗？

■E学课堂
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