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用空氣以蛋白質奈米線製成的Air-gen發電機
利用自然生成的蛋白質奈米線﹐「空氣發電」的科幻情節已經在實驗室中成真。乾淨的再生能源是人類社會夢寐以求的聖杯。不過﹐直到目前為止﹐綠色能源往往受限於環境條件﹐很難成為主要的供電來源。這樣看起來﹐想要借用大自然的力量發電﹐好像就得接受隨之而來的諸多限制。
嚴格說來﹐風與陽光都可遇不可求。除了用愛發電之外﹐真正隨處可見的﹐應該就是空氣了。要是能有某種單靠空氣就可以發電的裝置﹐那該有多好。不說你不知道﹐還真的有這種東西。來自麻州大學的研究團隊﹐日前打造了Air-gen空氣發電機。這種發電機和一般印象中的發電機不太一樣﹐沒有巨大的渦輪或複雜的動力系統﹐而是由區區一片薄膜和兩個電極組成。薄膜下方是整片的電極﹐上方電極則相對較小﹐讓薄膜能接觸到空氣。
薄膜不到十微米厚﹐裡面卻塞滿了許多微小的蛋白質奈米線(右下)﹐而這些線﹐是由一種特殊的微生物 Geobacter sulfurreducens(左下)產生出來的。
這片神奇的薄膜會吸收空氣中的濕氣﹐讓薄膜上下產生濕度差異。奈米線特殊的表面化學性質﹐會將產生出的濕度差轉化為電壓﹐再由電極吸收儲存﹐成為我們能夠利用的電力。
這種「濕度差發電」其實算不上新發現﹐不過以往的技術續航力不足﹐只能提供一分鐘左右的電力。而本文介紹的這片小小薄膜卻威力十足﹐能夠維持二十小時的連續電流﹐甚至可以驅動小型電器。此外﹐就算是在室內或是氣候乾燥的地區﹐Air-gen還是能夠正常運作。
研究人員希望能很快開始大量生產Air-gen﹐為能源產業帶來全新革命。有了這麼輕薄的發電裝置﹐穿戴裝置不再需要電池﹐也不用擔心手機電量不夠了。此外﹐如果把類似的生物材料用於牆壁塗料﹐或許也可以用房屋的牆壁來供應用電！
不過﹐如果要實際投入產業應用﹐就必須在合理的成本內﹐更快速地生產蛋白質奈米線。研究團隊對此﹐已成功開發出一種新型微生物﹐能夠勝任這個工作。主導研究計畫的Derek Lovley提到﹕「在我們的努力下﹐大腸桿菌可以變成奈米線工廠。因此在大型生產階段﹐原料再也不會是個問題。」。
值得一提的是﹐這項創新是跨領域合作的結晶。Geobacter sulfurreducens這種微生物在30年前就由Derek Lovley 在河流中發現。接著他又觀察到這種生物能夠產出可導電的蛋白質細絲﹐成為Air-gen的第一塊拼圖。另一塊拼圖則是電機工程師Jun Yao。他原本在哈佛大學研究矽元素奈米線﹐利用其特殊的材料性質設計不同裝置。
兩個領域的人才攜手合作﹐用生物性的蛋白質細絲﹐打造出再生能源的全新設計。
除了Air-gen之外﹐Jun Yao的實驗室也積極開發蛋白質奈米線的其他應用。Yao 信心滿滿地說道：「全新的時代正要開始﹐以蛋白質材料為基礎的電子產品即將到來。」。
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