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【文/觀察者網(wǎng) 張菁娟】據(jù)香港《南華早報(bào)》24日?qǐng)?bào)道，中國(guó)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種基于活荷葉的植物蒸騰發(fā)電機(jī)（LTG），可利用植物葉片蒸騰作用的水循環(huán)過(guò)程直接捕獲環(huán)境潛熱，實(shí)現(xiàn)持續(xù)產(chǎn)電，“這幾乎能將世界上所有植物活葉轉(zhuǎn)化為可持續(xù)的能源”。

報(bào)道稱，該發(fā)電機(jī)的電輸出性能可以通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)線性放大，實(shí)現(xiàn)為電容器充電或驅(qū)動(dòng)小型電子設(shè)備。

福建農(nóng)林大學(xué)周順桂教授團(tuán)隊(duì)9月16日在《自然》子刊《Nature Water》上發(fā)表了研究論文。文中介紹道：“該研究首次揭示了植物蒸騰作用的水伏效應(yīng)。鑒于植物蒸騰作用水伏效應(yīng)的廣泛存在，本研究為推進(jìn)未來(lái)綠色能源技術(shù)發(fā)展提供了新視角，并在實(shí)際應(yīng)用，特別是滿足物聯(lián)網(wǎng)（IoT）能源需求方面具有深遠(yuǎn)意義?！?

水伏技術(shù)通過(guò)材料界面與水相互作用而生電，利用該技術(shù)可從雨滴、波浪中捕獲能量產(chǎn)生電能。然而，目前的各種水伏器件普遍依賴外部水源以應(yīng)對(duì)因水分蒸發(fā)導(dǎo)致的能量衰減，這限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。

論文在《Nature Water》上發(fā)表 截圖

福建農(nóng)林大學(xué)的研究人員表示，植物蒸騰作用是陸地表面最大的水通量之一，占地球蒸散發(fā)的80%-90%，蘊(yùn)含著巨大的水伏能量潛力，卻很少被直接利用。

“我們通過(guò)一系列的產(chǎn)電驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和原位電學(xué)測(cè)試，證實(shí)了利用植物活葉蒸騰作用誘導(dǎo)發(fā)電的可行性?！毖芯咳藛T說(shuō)。

報(bào)道稱，蒸騰作用是指植物體內(nèi)的水分通過(guò)植物根部向頂端移動(dòng)的過(guò)程，以及水分通過(guò)葉片或花朵蒸發(fā)的過(guò)程。研究人員估計(jì)，通過(guò)全球植物的蒸騰作用發(fā)電，每年可產(chǎn)生67.5太瓦時(shí)的電力。

論文第一作者、福建農(nóng)林大學(xué)的胡啟昌教授說(shuō)：“通過(guò)進(jìn)一步的研究和技術(shù)優(yōu)化，葉片蒸騰發(fā)電有可能成為一種廣泛應(yīng)用和商業(yè)上可行的技術(shù)。其核心優(yōu)勢(shì)在于可持續(xù)性、生態(tài)友好性和低成本?！?

與傳統(tǒng)的水力發(fā)電機(jī)相比，基于蒸騰作用的發(fā)電機(jī)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、無(wú)需大規(guī)模水源等顯著優(yōu)勢(shì)。

胡啟昌表示，該發(fā)電機(jī)還可以作為包括農(nóng)田等分散區(qū)域的能量來(lái)源，而不需要大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施。

研究人員在論文中介紹，他們將鈦網(wǎng)電極作為陰極緊貼于荷葉片上表面，鈦針電極作為陽(yáng)極扎入荷葉根莖中，原位構(gòu)建出了一個(gè)LTG器件。

LTG的蒸騰產(chǎn)電機(jī)制圖 論文配圖

“植物通過(guò)蒸騰作用不斷與環(huán)境交換水分，因此蒸騰發(fā)電可以持續(xù)一整天，尤其是在陽(yáng)光充足的時(shí)候?！焙鷨⒉f(shuō)。

不過(guò)，研究人員也發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度是影響輸出功率的正因素，而相對(duì)濕度是影響輸出功率的負(fù)因素。標(biāo)準(zhǔn)化平均效應(yīng)表明，環(huán)境溫度、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度對(duì)輸出功率有明顯的直接影響，其中，蒸騰速率對(duì)輸出功率的影響最為顯著。

因此，要實(shí)現(xiàn)更廣泛的商業(yè)應(yīng)用，還需要克服一些挑戰(zhàn)。胡啟昌舉例說(shuō)，如提高單片葉子的發(fā)電效率、優(yōu)化能量收集和存儲(chǔ)系統(tǒng)，以及擴(kuò)大應(yīng)用場(chǎng)景等。

他稱，目前單片葉子的發(fā)電量相對(duì)較小。研究表明，通過(guò)連接多株植物和多片葉子，可以形成分布式發(fā)電網(wǎng)絡(luò)，從而提高整體能源輸出?！拔磥?lái)，這項(xiàng)技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和傳感等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景?！?

全球植物蒸騰產(chǎn)電和為全球物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備供電示意圖 論文配圖

雖然LTG的性能和對(duì)其機(jī)理的理解仍處于早期階段，但胡啟昌表示，該團(tuán)隊(duì)將探索不同的方法來(lái)推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。

此外，為了證明該裝置的普遍性，研究團(tuán)隊(duì)還測(cè)試了多種植物的發(fā)電能力。分析發(fā)現(xiàn)，植物蒸騰誘導(dǎo)發(fā)電是一個(gè)普遍現(xiàn)象且產(chǎn)生電量取決于其蒸騰作用的強(qiáng)度。

“這一發(fā)現(xiàn)支持了自然界中植物活葉蒸騰誘導(dǎo)發(fā)電的普遍性，對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有深遠(yuǎn)影響?！毖芯啃〗M在文中寫道。

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