清潔能源被認(rèn)為是未來的趨勢，近年來、蘋果、Google 等科技互聯(lián)網(wǎng)公司都加大了對風(fēng)力和太陽能發(fā)電項目的投入，如何提高可再生能源的利用效率也是科學(xué)家們一直在研究的課題。

最近科學(xué)家研發(fā)出一種發(fā)電裝置 Air-gen，可以直接利用空氣中的水分發(fā)電，這項技術(shù)未來可能會對可再生能源、氣候變化和醫(yī)療領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。

這種裝置由馬薩諸塞大學(xué)安姆斯特分校的電氣工程師 Jun Yao 和 微生物學(xué)家 Derek Lovley 共同研發(fā)，研究人員將這個裝置稱為‘空氣發(fā)電機(jī)’(air-powered generator)，研究成果已經(jīng)發(fā)表在《自然》雜志上。按照 Jun Yao 的說法，這套發(fā)電機(jī)可以‘憑空發(fā)電’，這到底是怎么是實現(xiàn)的?

根據(jù)《自然》雜志的報道，這種‘空氣發(fā)電機(jī)’主要由微生物地桿菌產(chǎn)生的導(dǎo)電蛋白納米線形成了 7 微米的薄膜構(gòu)成，薄膜的底部和頂部各有一個電極。當(dāng)?shù)鞍准{米線與電極相連后，就可以利用薄膜從空氣中吸收水分，水分子被分解成氫離子和氧離子，導(dǎo)致電荷在薄膜頂部聚集，利用兩個電極形成的電荷差讓電子流動，從而產(chǎn)生電能。

Jun Yao 表示，‘空氣發(fā)電機(jī)’可以 7 天 24 小時不間斷地發(fā)電，而且過程中不需要外部電源，這種能源是無污染、可再生和低成本的。

此外研究還發(fā)現(xiàn)，‘空氣發(fā)電機(jī)’在濕度為 45% 的空氣中效果最好，但即便在極度干燥的地方，比如撒哈拉沙漠，一樣能發(fā)電。Derek Lovley 表示，與太陽能和風(fēng)能等可再生能源相比，‘空氣發(fā)電機(jī)’有著明顯優(yōu)勢，它不需要風(fēng)力和太陽，在室內(nèi)也能運(yùn)行。

據(jù)研究人員介紹，‘空氣發(fā)電機(jī)’之所以能做到長時間持續(xù)發(fā)電，關(guān)鍵在于納米薄膜在吸收空氣中的水分后，利用蛋白納米線之間的空隙形成一個可以自我維持的水分梯度，因此可以實現(xiàn) 2 個月以上的持續(xù)發(fā)電。

不過這種‘空氣發(fā)電機(jī)’產(chǎn)生的電量十分有限，單個設(shè)備只能產(chǎn)生約 0.5 V 的持續(xù)電壓，電流密度約為 17 μA/cm²，需要多個設(shè)備一起運(yùn)行才能實現(xiàn)供電。研究人員表示，目前‘空氣發(fā)電機(jī)’已經(jīng)能為小型電子設(shè)備供電。

為了提高‘空氣發(fā)電機(jī)’的效率， Derek Lovley 的實驗室最近還開發(fā)了一種新的微生物菌株，利用大腸桿菌批量生產(chǎn)納米蛋白線，進(jìn)一步降低成本。

研究人員下一步計劃，是讓‘空氣發(fā)電機(jī)’實現(xiàn)為健身追蹤器、智能手表等可穿戴設(shè)備供電，讓這些設(shè)備不再需要傳統(tǒng)的電池。他們還希望將其應(yīng)用在手機(jī)上，讓手機(jī)用戶擺脫充電寶。而這項研究的最終的目的，則是開發(fā)能為房屋供電的大型系統(tǒng)。

這種‘空氣發(fā)電機(jī)’體現(xiàn)了新能源研究的一個新的方向，通過電子工程和微生物學(xué)這樣的跨學(xué)科合作，如果這項技術(shù)真的能夠成熟商用，對于能源領(lǐng)域來說無疑是一大突破。

據(jù)悉除了‘空氣發(fā)電機(jī)’，該實驗室還在研發(fā)其他基于納米蛋白線的應(yīng)用， Jun Yao 表示：

基于蛋白質(zhì)的電子設(shè)備新時代才剛剛開始。