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日本研发植物微生物燃料电池

据《日本经济新闻》4月18日报道,利用常见植物和微生物来发电的技术正受到关注。日本山口大学副教授阿齐兹·莫克苏德开发出“植物微生物燃料电池”,利用芋头、茄子等植物和微生物的作用来提取电力。它产生的电力能够用来点亮小灯泡等,且对环境的负面作用也很小。现在,全球有16亿人用不上电,如果能从地球上丰富的植物和微生物中生产出电力,到2050年前后,这些人也许可以告别不通电的生活。

莫克苏德副教授出生在孟加拉国。他说,孟加拉国现在仍有30%至40%的人过着没有通电的生活,希望有一天自己开发的技术能让他们用上电。

他开发的燃料电池是利用植物的光合作用所产生的有机物和以有机物为食物的微生物的作用来发电。植物利用太阳光,从水和二氧化碳中制造出自身生长所必需的有机物,并将其中的大部分储存在根部。这些有机物中可能有高达60%的部分会从植物根部流失到土壤中,而土壤中的特定微生物食用这些有机物后发生分解,就会释放出电子。利用这个过程,莫克苏德把电极插入土壤中提取出电力。

但是,以前使用这种方法只能从浸水状态下生长的植物中提取到电力,因此,莫克苏德在电极上想办法,以便能够不受植物种类的影响而提取电力。如果能利用芋头、茄子等蔬菜和水稻,就可以一边种植农作物一边发电。据说,也无需担心发电会导致作物生长不良、产量下降。

不易受环境影响、能够稳定发电也是其优点。太阳能、风能等可再生能源因受天气影响,发电量容易不稳定。大规模的发电设施建设也会破坏环境。使用植物和微生物的燃料电池对环境也很友好。

山口大学开发的燃料电池产生的电力目前最高仅为每平方米3瓦左右。莫克苏德说,即便如此,在一些发展中国家,“这对于夜里可供孩子学习的小灯泡来说,电力已经足够”。它也适合用作测量气温和湿度等的环境监测器的电源。通过与企业合作加以改良并提高输出功率,这种燃料电池可望在3至5年内投入使用。

东京农工大学教授直井胜彦和助教冲田尚久等人则希望开发出使用观叶植物和微生物来发电的技术。利用这种电力点亮的照明设备也在开发当中。他们打算与企业共同开发,争取在2022年度内拿出样品。

对于植物微生物燃料电池来说,降低电极成本是普及使用的关键。莫克苏德从竹子、杉树等常见植物中提取碳材料,正着手研究可以降低电极制造成本的技术。

在山口大学和东京农工大学等开发出在干燥环境下发电的方法之前,植物微生物燃料电池一直被设定为主要利用水田。发电的微生物一方面讨厌空气,另一方面会在水中变得活跃,进而使发电量得以增加。水稻种植非常普遍的日本有很多水田,便于让植物经常泡在水里。微生物发电还具有抑制水田产生温室气体的次要功效。

东京药科大学教授渡边一哉是研究利用微生物、通过水田发电的一名科研人员。他在千叶县等地进行了实证实验,了解到从每平方米水田可获得几十至一百毫瓦左右的电力。他的计算结果是,如果使用一块水田,产生的电力就可以驱动小型电子设备。

微生物发电还有助于抑制甲烷气体,这种气体产生的温室效应约为二氧化碳的25倍。如果让发电的微生物吃掉作为饵料的有机物,对于产生甲烷的微生物来说,食物就会相应减少,其活动进而受到抑制。

据国际农林水产业研究中心称,源自人类活动的甲烷约有10%是通过种植水稻产生的。如果能够用微生物产生的电力来驱动监测水田的感应器,就有可能在推进农业信息技术化的同时减少温室气体。

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