從稀薄的空氣中發電聽起來像科幻電影,但其實只要空氣中有水分,一種能生成導電奈米線的特殊細菌確實可辦到這件事。讓科學家更驚奇的是,基於這種細菌的設備只要連接 17 台便能產生 10V 電壓,足以為手機供電。

Graphic image of a thin film of protein nanowires generating electricity from atmospheric humidity.

有一種名為地桿菌(Geobacter)的奇怪細菌,過去已被發現在缺氧環境下會生成磁鐵礦(magnetite),而現在科學家進一步發現,這種細菌還能製造導電奈米線,這有什麼用途?只要空氣中存有水蒸氣,基於該細菌的設備就能「憑空發電」,濕氣很重的地區或許能大幅受益。

由麻薩諸塞大學阿默斯特分校(UMass Amherst)工程師 Jun Yao、微生物學家 Derek Lovley 領導的團隊,打造了一種氣動發電機設備,帶有由地桿菌生產的蛋白質導電奈米線,接著將厚度小於 10 微米的蛋白質奈米線薄膜覆蓋在一個電極上,另一個電極則位於膜的頂部,當蛋白質奈米線薄膜吸收來自大氣中的水蒸氣,便能產生在兩個電極之間傳導的電流。

細談其中關鍵的話,在於薄膜頂側吸收水分後會形成水分梯度,不斷擴散進出,液滴分解成氫離子和氧離子導致電荷在頂部累積,當薄膜頂部和底部之間的電荷不同就會導致電子流動,進而形成連續電流。

雖然團隊的原型設備所產生之持續電壓僅約 0.5V,電流密度約為每平方公分 17 微安培,但研究團隊表示,只要連接多個設備就能產生足以為智慧型手機、個人電子產品等小型設備充電的電力,實驗測試表明在濕度約 45% 的地方效果最好,但即使是濕度極低的地區(如撒哈拉沙漠)也能發電。

Derek Lovley 表示,雖然這種技術離成熟商業化還要很長一段路要走,但與其他再生能源如:太陽能、風能相比,細菌導電奈米線薄膜不需要陽光或風,更重要的是無需外接電源,只要有水氣,在室內都能使用。

新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

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