[科普中国]-藻类发电

藻类发电是指在藻类细胞进行光合作用时，会把氢分解为带正负电荷的粒子，通过其内部活动产生电流，从而进行发电；同时也可以对藻类后期进行燃烧发电，利用立体光反应培养器回收循环利用二氧化碳，生产藻类制成藻粉作为生物质燃料，藻粉经过燃烧进行燃热发电。

方案提出由于二氧化碳和其他温室气体的逐年增多，全球气候变暖导致全球气温显著上升。随着这一问题的加剧，一个利用藻类进行光合作用减少二氧化碳的同时提供我们所需照明的绿色环保方案被提了出来。

韩国延世大学（Yonsei University）和斯坦福大学（Stanford University）的科学家在2010年开发出了新的技术，利用纳米技术的进步来实现藻类供电。来自荷兰的设计师麦克·汤姆森从上述技术中获得灵感，利用藻细胞中的叶绿体获得电流来驱动灯泡。这一技术结合了自然和科学技术，被命名为拉托恩，在拉丁语中为“贼”的意思，在这里意为“偷”光合作用中提供的能量，并消耗主要的温室气体1。

发电原理光合发电乌普萨拉大学与斯坦福大学一样，都在研究以藻类为基础的发电电池组，斯坦福大学的研究人员通过藻类细胞内部的活动来获得电流。该小组设计了一种金质电极，可通过细胞膜，然后围绕在细胞周围。而这个细胞还是活着的，进行着光合作用，科学家正是基于光合作用而获得化学能量转换成电能的。

植物进行光合作用时，叶绿素不但能把水分解为氢和氧，而且还能把氢分解为带电荷的氢离子和带负电荷的电子。此时，植物体内会有电流产生，然后白白地消耗掉了。如果用人工的方法控制这个产生电流的过程，就可以积累植物中的电量，为人们提供生活和工业所需的用电。

研究人员对植物叶绿素发电进行了实验，把从菠菜叶内提取的叶绿素与卵磷脂混合，涂在透明的氧化锡结晶片上，用它作为正极安置在“透明电池”中，当它被太阳光照射时，就会产生电流。研究表明，用叶绿素制造的电池能把太阳能的30%转换成电能，而现有的多数太阳能电池板仅能把10%～20%的太阳能转变为电能。因此，利用植物进行太阳能发电应该比太阳能电池板发电的潜力更大。

燃烧发电采用燃烧产热的方式利用生物质能源，藻类植物的生物质量经过干燥后，可以像高等植物木材一样用来燃烧产能，配合燃烧热发电的方式，小规模厂房所需的电力可以自给自足。燃烧产出的二氧化碳又可以有藻类进行光合作用再利用。这样的再生能源应用系统有经济又环保。但藻类生质燃料的成本相当高，约是其他生质燃料的10-1000倍1。

方案应用藻类电灯荷兰的设计师麦克·汤姆森（MikeThompson）利用藻细胞中的叶绿体获得电流来驱动灯泡。拉托恩具有开创性的设计，该灯采用直径仅为30纳米的电极和其他器件，利用藻类细胞能够产生1.2pA的电流。此外，该产品还具备了光传感器，能够调节产生的电流，为藻类的生存留下足够的能量。设计师表示，藻类也是需要照顾的宠物。

这款灯设计使用LED提供照明，这样既可以提高能源的利用效率，在停电和发生自然灾害的情况下也不会受到影响。这款产品还未投入量产，包括设计师在内的很多人认为这款灯在2035年投入量产并大规模使用较为合适。

藻类供电建筑全球首座藻类供电建筑2013年在德国汉堡落成。这座被命名为BIQ House的绿色供电建筑，外部由具备环境适应能力的藻类组成，并作为一项城市地区绿色自给供电建筑的实验楼。据设计师预测，这一栋藻类供电建筑能够从根本上改变德国接下来50年的能源供给途径。只要利用得当并普及开来，无论是机器人制造领域、农场生产还是家用供电都将受益。

藻类生物很好地适应当地环境并存活了下来，外部的透明玻璃实则是一个微生物反应器，里面的藻类能够通过吸收太阳光，在这一反应器里快速生长并且为整栋建筑供电。不仅如此，BIQ House特殊的外部构造吸收了大部分太阳光，使得室内十分凉爽。由三家来自不同国家的建筑设计室打造，BIQ House将在汉堡的国际建筑展中参展。

藻类发电站位于澳大利亚新南威尔士州的贝丝沃特发电站将成为全世界第一个种植藻类来捕捉二氧化碳的发电站，这些藻类随后还可以转化为可再生的柴油和航空燃料。计划将其排放的一部分二氧化碳注入育有藻类的密封水箱中。水箱里吸收了二氧化碳的藻类收获后经过处理将成为生物燃料。这项耗资1.4亿美元（约为8.6亿元人民币）的计划得到了澳大利亚联邦政府、新南威尔士州政府及澳大利亚麦考瑞电力公司的支持。

在2014年开始进行的第一阶段里，贝丝沃特发电站的排气烟囱将向400个与集装箱差不多大小的密封水箱中注入排放出的二氧化碳，以刺激水箱中人工藻类的繁殖。这些藻类从本质上来说是一种植物油，它们将在附近的工厂中接受处理成为可出售的燃料。该计划对贝丝沃特发电站碳排放量造成的改变很微小，但不容忽视。该发电站每年排放二氧化碳1900万吨，这项计划预计可以捕获其中的27万吨，并且在未来几年中逐渐增长到130万吨。这种处理藻类的方式造成的浪费也相对较小，转化为燃料废弃的藻类残渣将用于生产家畜饲料1。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学