科學家開發出用「細菌」從空氣中發電的設備

三十年前,他們發現一種奇怪的「沉積生物」被埋在波托馬克河的泥濘海岸上,它可以做細菌從未見過的事情。這種不尋常的微生物屬於地質細菌屬(Geobacter genus),最初它因為能在無氧的條件下產生磁鐵礦而聞名,但後來,科學家們發現它也可以製造導電的細菌奈米線。多年來,研究員一直試圖找到有效利用它的方法,而今年,美國麻塞諸薩州大學阿默斯特校區的科學家表示,他們開發了一個稱為Air-gen的設備可以從空氣中產生電能。

電氣工程師Jun Yao表示,「實際上,我們正在從空氣中發電。Air-gen能產生全天24小時的潔淨能源。」

Air-gen是由地質細菌所產生的僅7微米厚的蛋白質奈米線薄膜所組成,它位於兩個電極之間,由於奈米線膜暴露在空氣中,它能夠吸收大氣中存在的水蒸氣,從而使該裝置能夠產生在兩個電極之間傳導的連續電流。

團隊表示,電荷可能是由水分梯度產生的,水分梯度會在奈米線材料中產生質子的擴散。這個發現幾乎是場意外,當時Yao注意到他正在試驗的設備似乎能完全自己導電的。他表示:「我看到,當奈米線以特定方式與電極接觸時,設備會產生電流。我發現暴將它露於大氣濕度是必要的,蛋白質奈米線會吸附水,從而在整個設備上產生電壓梯度。」

先前一些研究有使用其他種類的奈米材料(例如石墨烯)進行水力發電,但這些嘗試僅產生了僅持續幾秒鐘的短暫電脈衝。相比之下,Air-gen產生的持續電壓約為0.5伏特,電流密度約為每平方厘米17微安。這能量不大,但團隊表示,連接多個設備可以產生足夠的電力為智慧手機和其他個人電子設備充電,而且僅使用環境濕度,即使在撒哈拉沙漠這樣乾燥地區也能發電 。

Yao表示:「最終目標是製造大型系統。未來可能將奈米線結合到牆面塗料中來為房屋供電。一旦我們達到工業規模的線材生產,我相信我們可以製造大型系統,這將對永續能源生產重大的貢獻。」

唯一的缺點是,地質細菌只能產生有限的奈米線數量,不過,1980年代首次發現地質細菌的微生物學家Derek Lovley可能有解決方案,那就是對其他細菌進行基因工程改造,例如大腸桿菌,用同樣的方式達到大量供應。

Lovley表示:「我們把大腸桿菌變成了蛋白質奈米線工廠。透過這種新的可擴展過程,蛋白質奈米線的供應將不再成為開發這些應用程序的瓶頸。」

參考資料: Nature

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