未来可利用细菌和绿叶发电
1 细菌发电
生物学家预言,21世纪将是细菌发电造福人类的时代。说起细菌发电,可以追溯到1910年,英国植物学家利用铂作为电极放进大肠杆菌的培养液里,成功地制造出世界上第一个细菌电池。1984年,美国科学家设计出一种太空飞船使用的细菌电池,其电极的活性物质是宇航员的尿液和活细菌。不过,那时的细菌电池放电效率较低。到了20世纪80年代末,细菌发电才有了重大突破,英国化学家让细菌在电池组里分解分子,以释放电子向阳极运动产生电能。其方法是,在糖液中添加某些诸如染料之类的芳香族化合物作为稀释液,来提高生物系统输送电子的能力。在细菌发电期间,还要往电池里不断地充气,用以搅拌细菌培养液和氧化物质的混和物。据计算,利用这种细菌电池,每100克糖可获得1352930库仑的电能,其效率可达40%,远远高于现在使用的电池的效率,而且还有10%的潜力可挖掘。只要不断地往电池里添入糖就可获得2安培电流,且能持续数月之久。 利用细菌发电原理,还可以建立细菌发电站。在10米见方的立方体盛器里充满细菌培养液,就可建立一个1000千瓦的细菌发电站,每小时的耗糖量为200千克,发电成本是高了一些,但这是一种不会污染环境的"绿色"电站,更何况技术发展后,完全可以用诸如锯末、秸秆、落叶等废有机物的水解物来代替糖液,因此,细菌发电的前景十分诱人。 现在,各发达国家如八仙过海,各显神通:美国设计出一种综合细菌电池,是由电池里的单细胞藻类首先利用太阳光将二氧化碳和水转化为糖,然后再让细菌利用这些糖来发电;日本将两种细菌放入电池的特制糖浆中,让一种细菌吞食糖浆产生醋酸和有机酸,而让另一种细菌将这些酸类转化成氢气,由氢气进入磷酸燃料电池发电;英国则发明出一种以甲醇为电池液,以醇脱氢酶铂金为电极的细菌电池。 人们还惊奇地发现,细菌还具有捕捉太阳能并把它直接转化成电能的"特异功能"。最近,美国科学家在死海和大盐湖里找到一种嗜盐杆菌,它们含有一种紫色素,在把所接受的大约10%的阳光转化成化学物质时,即可产生电荷。科学家们利用它们制造出一个小型实验性太阳能细菌电池,结果证明是可以用嗜盐性细菌来发电的,用盐代替糖,其成本就大大降低了。由此可见,让细菌为人类供电已不是遥远的设想,而是不久的现实。
2 绿叶发电
绿叶具有光合作用,这是众所周知的,但绿叶还具有一种光电效应作用的奇特功能,恐怕很少有人知道。美国和日本科学家做过一次有趣的实验:他们利用绿叶在早晨八九点钟的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,虽然这电流极其微弱,但随着绿叶受光面积的增大,绿叶发出的电流也会增强。 科学家们深入研究发现,绿叶的光电作用是同时发生的。当太阳光照射到绿叶上时,绿叶就能吸收光能,并且从水分中夺取电子,这些夺取来的电子不断地自由活动并渐渐聚集起来。如果在这些电子自由活动前就用固定的电流场使他们定向移动,就能形成电子流,这就是绿叶电流。一棵大樟树或梧桐树约有20多万片树叶,每片树叶细胞内部结构中有许许多多的叶绿体。如果将这些叶片摊开来计算,其叶绿体的总面积可达2300平方米,按能量换算,相当于覆盖36亩土地的巨型太阳能转换站,这毕竟还是一棵树,要是一片茂密的树林呢?显然,绿叶的发电能力十分可观。 科学家正尝试把这样的"发电厂"从实验室里搬出来,为人类提供一种新的能源——绿叶发电。比如在房屋周围广泛植树,在墙边种植青萝、紫藤、爬山虎等植物,以构成厚厚的多层覆盖的叠式植物群。这样一来,不仅房屋周围绿树成荫,环境大改善,而且每户人家还可以自成体系地建立一个个小型发电厂,这将是世界上真正的无灰、无尘、无污染、无噪音的最富有生命力的新型绿叶发电厂。 叶绿体的优点还在于不论春夏秋冬或阴晴雨雪,它都能吸收光能并把它转化为电能。这种奇妙的发电方式无疑将受到城乡居民的普遍欢迎,对于居住在交通不便的深山密林中的人们来说,"绿叶发电"就更是方便实用了。
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