科学家用细菌实现“空气发电”

利用稀薄的空气发电听起来像科幻小说，但是一种基于纳米线的新技术，即发电细菌，可以在含水的空气中做到这一点。

这项发表在2月17日《自然》杂志上的新研究表明，产电细菌产生的蛋白质细丝可以产生足够的能量来点亮发光二极管灯泡。尽管研究人员不确定这些蛋白质丝是如何工作的，但微型发电机是强大的:17个这样的设备连接在一起，可以产生10伏电压，足以给手机供电。

中国科学院院士、南京航空航天大学纳米科学研究所所长郭没有参与这项工作，他说这种新方法应该被视为一种“里程碑式的进步”。郭研究水力发电技术，这是一种从水中获取电能的分子方法。

据《科学》杂志报道，15年前，美国马萨诸塞大学的微生物学家德雷克洛夫利和他的同事发现了一种叫做地球细菌的细菌，它能把电子从有机物质转移到金属化合物中。从那时起，人们就知道许多其他细菌可以制造蛋白质纳米线，将电子转移到环境中的细菌或沉积物中。这种转移产生了一个小电流，研究人员试图将其作为一种清洁能源，并取得了不同程度的成功。

两年前，麻省大学的博士生刘晓萌注意到，孤立的纳米线会自发发电。起初，他的导师、该校电气工程师姚俊对此表示怀疑，但最终他们发现，如果纳米线薄膜夹在用作电极的两块金板之间，不加干预，它们可以持续供电至少20小时。此外，该设备可以自行充电。诀窍是将纳米线薄膜的一侧暴露在潮湿的空气中，并使顶板小于底板。

经过连续测试，研究人员发现，当纳米线被放置在一个非潮湿的房间，电流将减少，这表明湿度是电子产生的一个关键因素。通过将设备暴露在不同的湿度下，研究人员发现当空气湿度为45%时，这种方法效果最好。

研究人员称，发电的秘密在于薄膜的上部吸收水分并形成水梯度。水滴不断地在上部扩散。这些水滴可以分解成氢离子和氧离子，导致电荷聚集在顶部附近。姚解释说，薄膜顶部和底部的电荷差异导致了电子的流动。

然而，以前试图利用水蒸气导电，只能在短时间内产生少量电流。姚的团队报告说，在这种新装置中，纳米线之间的间隙似乎有助于保持湿度梯度，使发电持续两个多月。因此，新设备的运行时间可持续数周，其输出功率是以前设备的100多倍。

郭表示，“空中发电”不需要外部电力，比太阳能电池板或风力涡轮机更适用。因此，如果能够扩大规模，它将显示出“巨大的实际应用潜力”。

德国马克斯·普朗克海洋微生物研究所的微生物学家德克·德·比尔对本文的结果持保留态度。他说，空中发电似乎提供了无限的能源，但他说，这项技术仍然没有明确的电子来源。