用空氣就能發電?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!

躺著就能發電!Air-gen 空氣發電機

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。

Air-gen 裝置,乍看挺厚的,但實際厚度只有幾微米。圖/Liu et al, 2020

這片薄膜不到十微米厚,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。

薄膜內塞滿了由特殊的微生物(左)製造出的蛋白質奈米線(右)。圖/Liu et al, 2020

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。

薄膜發電,開啟無限機會

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!

如果能把生物材料用於牆壁塗料,那你家的牆壁就可以發電了!圖/pxfuel

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。」

結合不同領域,帶來技術突破

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。」

本文編譯自 New green technology generates electricity ‘out of thin air’

參考資料

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關於作者

林祉均

清大理工男。不喜歡算數學。喜歡電影、龐克、和翻譯小說。不知道該把科普當興趣還是專長,但總之先做再說。

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