來自海洋的電流：以色列理工學(xué)院-Technion的研究人員開發(fā)了一種新方法，可以直接從海藻中獲取電流，這種方法既環(huán)保又高效。這個(gè)想法是博士生Yaniv Shlosberg在海灘游泳時(shí)想到的，由來自Grand Technion Energy Program(GTEP)成員的三個(gè)Technion學(xué)院的研究人員組成的聯(lián)盟，以及來自以色列海洋和湖沼研究所(IOLR)的一名研究人員共同開發(fā)。

　　研究人員在《生物傳感器和生物電子學(xué)》雜志上發(fā)表了他們直接從大型海藻(石莼，Ulva)中收集電流的新方法。該論文描述了來自Schulich化學(xué)學(xué)院、生物學(xué)院、生物技術(shù)和食品工程學(xué)院、GTEP和IOLR研究人員的研究結(jié)果。

　　化石燃料的使用導(dǎo)致溫室氣體和其他污染化合物的排放。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些與氣候變化有關(guān)，各種陸地現(xiàn)象證明了這一點(diǎn)，這些現(xiàn)象使氣候變化成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。使用這些燃料造成的污染從遍布全球的開采和運(yùn)輸就已經(jīng)開始，這些燃料將被用于發(fā)電廠和精煉廠。

各種大型藻類

　　這些問題是研究替代能源、清潔能源和可再生能源的動(dòng)力。其中之一就是利用生物作為微生物燃料電池(MFC)的電流源。某些細(xì)菌具有將電子轉(zhuǎn)移到電化學(xué)電池從而產(chǎn)生電流的能力。細(xì)菌需要不斷的喂養(yǎng)，其中一些細(xì)菌具有致病性。

　　類似的技術(shù)是生物光電化學(xué)電池(BPEC)。對(duì)于MFC，電子的來源可以是光合細(xì)菌，特別是藍(lán)藻。藍(lán)藻從二氧化碳、水和陽光中制造自己的食物，在大多數(shù)情況下，它們是良性的。事實(shí)上，藍(lán)藻如螺旋藻，被認(rèn)為是“超級(jí)食物”，并被大量養(yǎng)殖。研究小組成員Adir和Schuster此前已經(jīng)開發(fā)出利用藍(lán)藻獲得電流和氫燃料的技術(shù)，發(fā)表在《自然通信和科學(xué)》雜志上。藍(lán)藻確實(shí)有一些缺點(diǎn)。藍(lán)藻在黑暗中只能產(chǎn)生較少的電流，因?yàn)闊o法進(jìn)行光合作用。此外，獲得的電流仍然比從太陽能電池技術(shù)獲得的電流少，因此，盡管BPEC更環(huán)保，但其商業(yè)吸引力較低。

石莼(Ulva)

　　Noam Adir教授：“在目前的研究中，來自Technion和IOLR的研究人員決定嘗試使用一種新的光合來源——巨藻(macroalgae)來解決這個(gè)問題。”

　　Gadi Schuster教授：“這項(xiàng)研究是由Noam Adir教授和Schulich化學(xué)學(xué)院的博士生Yaniv Shlosberg領(lǐng)導(dǎo)的。他們與來自Technion的其他研究人員合作：Tunde Toth博士(Schulich化學(xué)學(xué)院)、Gadi Schuster教授、David Meiri博士、Nimrod Krupnik和Benjamin Eichenbaum博士(生物學(xué)院)、Omer Yehezkeli博士和Matan Meirovich博士(生物與食品工程學(xué)院)以及Alvaro Israel博士(IOLR)。”

　　以色列博士Alvaro：“許多不同種類的海藻自然生長在以色列的地中海海岸，特別是石莼(Ulva，也稱為海萵苣)，它在IOLR應(yīng)用于研究目的而大量生長。”

　　博士生Yaniv Shlosberg：“在開發(fā)出連接石莼和BPEC的新方法后，獲得的電流比來自藍(lán)藻的電流大了一千倍——幾乎與從標(biāo)準(zhǔn)太陽能電池(PV)獲得的電流水平相當(dāng)。Adir教授指出，這些增加的電流是由于海藻光合作用的高速率，以及使用天然海水中的海藻作為BPEC電解質(zhì)——促進(jìn)了BPEC中電子轉(zhuǎn)移的能力。此外，這種海藻在黑暗中提供的電流，大約是在陽光中獲得的電流的50%。暗電流的來自呼吸作用——光合作用過程中產(chǎn)生的糖被用作營養(yǎng)的內(nèi)部來源。以類似于藍(lán)藻BOEC的方式，不需要額外的化學(xué)品來獲得電流。石莼產(chǎn)生從細(xì)胞分泌的介導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移分子，并將電子轉(zhuǎn)移到BPEC電極。”

　　“這張照片顯示的是Haifa以色列海洋與湖沼研究所(IOLR)的一個(gè)石莼(Ulva)生長大桶。水池靠近海灘，新鮮海水源源不斷地流過系統(tǒng)。在缸內(nèi)，我們引入了電化學(xué)系統(tǒng)。當(dāng)Ulva在容器中移動(dòng)時(shí)，它們與電極結(jié)合，產(chǎn)生電流，由外部計(jì)算機(jī)操作的恒電位器測量。”

　　以化石燃料為基礎(chǔ)的能源生產(chǎn)技術(shù)被稱為“正碳”。這意味著在燃料燃燒過程中，碳會(huì)被釋放到大氣中。太陽能電池技術(shù)被稱為“碳中性”，即不向大氣中釋放碳。然而，太陽能電池的生產(chǎn)和運(yùn)輸過程仍會(huì)釋放出大量的碳排。這里介紹的新技術(shù)則是“負(fù)碳”。白天，海藻從大氣中吸收碳，同時(shí)生長并釋放出氧氣。在白天的生長過程中，沒有碳被釋放出來。在夜間，海藻通過呼吸作用釋放正常量的碳。此外，海藻，尤其是石莼，能夠被用于多種行業(yè)：食品(石莼也被認(rèn)為是一種超級(jí)食品)、化妝品和制藥。

　　第一個(gè)想到利用海藻的研究生Yaniv Shlosberg表示：“科學(xué)想法從何而來，可謂是個(gè)奇跡。著名哲學(xué)家阿基米德在浴缸里想出了一個(gè)絕妙的主意，于是就產(chǎn)生了'阿基米德定律'。有一天我去海灘的時(shí)候有了這個(gè)想法。當(dāng)時(shí)我正在研究藍(lán)藻BPEC，我注意到巖石上的海藻看起來很像電線。我對(duì)自己說，既然它們也能進(jìn)行光合作用，也許我們可以用它們來產(chǎn)生電流。從這個(gè)想法延伸開去，所有的Technion和IOLR研究人員的合作，造就了我們最近的論文。我相信我們的想法可以導(dǎo)致清潔能源生產(chǎn)的真正革命。”

　　這幅圖描繪了從海藻中收集電流的過程。海藻釋放出已知的分子，將電子傳輸?shù)讲讳P鋼電極(陽極)。電子轉(zhuǎn)移到第二電極(鉑陰極)，就可以將海水電解質(zhì)溶液中的質(zhì)子還原為氫氣。電流可以直接使用，或者生產(chǎn)出氫氣用作未來的清潔燃料。在黑暗中，海藻產(chǎn)生的電流約為在光線中獲得電流的50%，因?yàn)樵跊]有光合作用過程的情況下，產(chǎn)生的電子更少。

　　Technion/IOLR的研究人員建造了一個(gè)原型設(shè)備，可以直接在Ulva生長缸中收集電流。Adir教授補(bǔ)充道：“通過展示我們的原型設(shè)備，我們證明了可以從海藻中收獲大量的電流。我們相信，該技術(shù)可以進(jìn)一步改進(jìn)，引領(lǐng)未來的綠色能源技術(shù)。”

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　　（素材來自：Technion 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）