“中國科學家的發現幾乎能將世界上所有植物活葉轉化成能源”
點擊： 作者：記者 來源：觀察者網 發布時間:2024-10-06 08:44:16
【文/觀察者網 張菁娟】據香港《南華早報》24日報道，中國科學家們發現了一種基于活荷葉的植物蒸騰發電機（LTG），可利用植物葉片蒸騰作用的水循環過程直接捕獲環境潛熱，實現持續產電，“這幾乎能將世界上所有植物活葉轉化為可持續的能源”。
報道稱，該發電機的電輸出性能可以通過串聯或并聯線性放大，實現為電容器充電或驅動小型電子設備。
福建農林大學周順桂教授團隊9月16日在《自然》子刊《Nature Water》上發表了研究論文。文中介紹道：“該研究首次揭示了植物蒸騰作用的水伏效應。鑒于植物蒸騰作用水伏效應的廣泛存在，本研究為推進未來綠色能源技術發展提供了新視角，并在實際應用，特別是滿足物聯網（IoT）能源需求方面具有深遠意義。”
水伏技術通過材料界面與水相互作用而生電，利用該技術可從雨滴、波浪中捕獲能量產生電能。然而，目前的各種水伏器件普遍依賴外部水源以應對因水分蒸發導致的能量衰減，這限制了它們的實際應用。
論文在《Nature Water》上發表 截圖
福建農林大學的研究人員表示，植物蒸騰作用是陸地表面最大的水通量之一，占地球蒸散發的80%-90%，蘊含著巨大的水伏能量潛力，卻很少被直接利用。
“我們通過一系列的產電驗證實驗設計和原位電學測試，證實了利用植物活葉蒸騰作用誘導發電的可行性。”研究人員說。
報道稱，蒸騰作用是指植物體內的水分通過植物根部向頂端移動的過程，以及水分通過葉片或花朵蒸發的過程。研究人員估計，通過全球植物的蒸騰作用發電，每年可產生67.5太瓦時的電力。
論文第一作者、福建農林大學的胡啟昌教授說：“通過進一步的研究和技術優化，葉片蒸騰發電有可能成為一種廣泛應用和商業上可行的技術。其核心優勢在于可持續性、生態友好性和低成本。”
與傳統的水力發電機相比，基于蒸騰作用的發電機具有設備簡單、成本低廉、無需大規模水源等顯著優勢。
胡啟昌表示，該發電機還可以作為包括農田等分散區域的能量來源，而不需要大規模的基礎設施。
研究人員在論文中介紹，他們將鈦網電極作為陰極緊貼于荷葉片上表面，鈦針電極作為陽極扎入荷葉根莖中，原位構建出了一個LTG器件。
LTG的蒸騰產電機制圖 論文配圖
“植物通過蒸騰作用不斷與環境交換水分，因此蒸騰發電可以持續一整天，尤其是在陽光充足的時候。”胡啟昌說。
不過，研究人員也發現，環境溫度、蒸騰速率和氣孔導度是影響輸出功率的正因素，而相對濕度是影響輸出功率的負因素。標準化平均效應表明，環境溫度、蒸騰速率和氣孔導度對輸出功率有明顯的直接影響，其中，蒸騰速率對輸出功率的影響最為顯著。
因此，要實現更廣泛的商業應用，還需要克服一些挑戰。胡啟昌舉例說，如提高單片葉子的發電效率、優化能量收集和存儲系統，以及擴大應用場景等。
他稱，目前單片葉子的發電量相對較小。研究表明，通過連接多株植物和多片葉子，可以形成分布式發電網絡，從而提高整體能源輸出。“未來，這項技術在能源互聯網、智能電網、物聯網和傳感等領域有著廣闊的應用前景。”
全球植物蒸騰產電和為全球物聯網節點設備供電示意圖 論文配圖
雖然LTG的性能和對其機理的理解仍處于早期階段，但胡啟昌表示，該團隊將探索不同的方法來推動這項技術的發展。
此外，為了證明該裝置的普遍性，研究團隊還測試了多種植物的發電能力。分析發現，植物蒸騰誘導發電是一個普遍現象且產生電量取決于其蒸騰作用的強度。
“這一發現支持了自然界中植物活葉蒸騰誘導發電的普遍性，對實際應用具有深遠影響。”研究小組在文中寫道。
來源：觀察者網
責任編輯：向太陽
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