大樹(shù)有電

謝博識(shí)

首選楓樹(shù)發(fā)電

一棵樹(shù)能產(chǎn)生平均200多毫伏，也就是約0.2伏的電壓。麻省理工學(xué)院有人做過(guò)這個(gè)研究，將電極的一頭接在一棵樹(shù)中，另一頭接在這棵樹(shù)附近的土壤里，一年后得到了這個(gè)數(shù)據(jù)。

帕維茲對(duì)此很感興趣，他與華盛頓大學(xué)的助理教授奧蒂斯、本科生希摩斯等人組成了研究團(tuán)隊(duì)，帶著一堆發(fā)光二極管和其他電子元件走進(jìn)了深山老林，打算將“大樹(shù)發(fā)電”進(jìn)行到底。

大樹(shù)用什么來(lái)產(chǎn)生電流？起風(fēng)時(shí)，樹(shù)葉隨風(fēng)搖擺，此時(shí)可以利用動(dòng)能發(fā)電；暴露在外的樹(shù)葉和樹(shù)枝每天都在不斷地進(jìn)行蒸騰作用，相比埋在土壤里的根部要低好幾攝氏度，此時(shí)利用溫差發(fā)電；樹(shù)木每天都在不停地進(jìn)行新陳代謝，這導(dǎo)致樹(shù)根處的土壤和附近土壤的pH值有所差異，帶電離子會(huì)在附近土壤和根部土壤之間不斷流動(dòng)，可以利用這些帶電離子發(fā)電。

pH值差異的發(fā)電方式容易控制，實(shí)驗(yàn)也是從這種方式著手的。帕維茲的團(tuán)隊(duì)看中了楓樹(shù)肥碩的葉子，選擇將實(shí)驗(yàn)的第一個(gè)電極插入楓樹(shù)。

減耗是關(guān)鍵

“一棵樹(shù)的電壓可能低至20毫伏。它們雖然可以作為電源，但是電壓太低，無(wú)法給常規(guī)電池充電?！毖芯繉?shí)驗(yàn)剛開(kāi)始，帕維茲就遇到了難題。他們須要借助電子器件，增加大樹(shù)的電壓。而且電子器件本身的耗能不可以太大，否則大樹(shù)好不容易發(fā)出的電都耗在這些器件上了。

“現(xiàn)有的普通電子器件，比如變壓器等，都不符合我們的要求。”帕維茲教授拉上Voltree Power公司，準(zhǔn)備DIY。

事實(shí)上，Voltree Power公司比帕維茲教授更早盯上大樹(shù)發(fā)電。公司的科學(xué)顧問(wèn)、麻省理工學(xué)院的梅辛教授所作的研究也曾證實(shí)，樹(shù)木內(nèi)部系統(tǒng)通過(guò)做功維持固定的pH值差異，從而可驅(qū)動(dòng)任何蓄能裝置用來(lái)采集電力。

兩組人都看好大樹(shù)作為新能源，并聯(lián)手開(kāi)發(fā)出“納米級(jí)超低功耗能源采集器”“毫微瓦級(jí)時(shí)鐘電路”，這些為大樹(shù)發(fā)電量身定做的零部件刷新了電子元件功耗的“最低”記錄。

能源采集器的作用類似于升壓轉(zhuǎn)換器。通常應(yīng)用于汽車(chē)和消費(fèi)類電子產(chǎn)品的升壓轉(zhuǎn)換器的功率，動(dòng)則上百瓦，而這里只有納米級(jí)——不是指大小，而是指能耗。用來(lái)增加大樹(shù)電壓的采集器，工作時(shí)的能耗只有10納瓦，也就是十億分之一瓦，而用來(lái)調(diào)節(jié)大樹(shù)發(fā)電時(shí)間的“時(shí)鐘電路”，休眠模式下功耗只有1納瓦，喚醒它只需要350毫伏的電壓，時(shí)鐘電路每隔幾秒鐘就被喚醒一次。

有了它們，大樹(shù)的電壓立即從20毫伏驟升至1.1伏，幾乎相當(dāng)于一節(jié)五號(hào)AA電池。

大樹(shù)發(fā)電防火災(zāi)

“大樹(shù)用自身的新陳代謝維持電壓，不論是白天黑夜，春夏秋冬，下雨或出太陽(yáng)?！泵沸两淌谟X(jué)得，大樹(shù)的新陳代謝和電子元件這個(gè)組合，可以提供最穩(wěn)定的電壓和源源不斷的電流。

不用立電線桿，也省去了在地下鋪設(shè)管線的麻煩，公路翻修也不必拆了再建，用大樹(shù)取代路燈的想法很快就實(shí)現(xiàn)了。不僅如此，目前，利用大樹(shù)根部及附近土壤pH值差異發(fā)出的電已經(jīng)服務(wù)于美國(guó)林業(yè)局，用來(lái)給預(yù)測(cè)森林火災(zāi)和氣候的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)供電，而Voltree Power公司正是這個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)的專利所有者。

電極由特殊金屬制成，導(dǎo)線纏繞在樹(shù)干上，正負(fù)兩極將安裝在樹(shù)干上的傳感器與地下樹(shù)根處的電子系統(tǒng)連接起來(lái)，另外還有一根接地，插在樹(shù)根附近的土壤里。

在大樹(shù)發(fā)電之前，這樣的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)依靠的是太陽(yáng)能供電，這樣的方法有個(gè)弊端，就是須要通過(guò)清掃森林植被，接收太陽(yáng)光?，F(xiàn)在，“每英畝，我們只須要選擇4棵樹(shù)安裝傳感器?！边@時(shí)的傳感器也經(jīng)過(guò)改進(jìn)，變得能耗超低，“新的超低功耗傳感器幾乎能夠通過(guò)任何樹(shù)木發(fā)送傳感數(shù)據(jù)”。

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的大樹(shù)變成了一塊電池，電壓足以每天給一個(gè)傳感器充電4次，以傳送數(shù)據(jù)。研究人員計(jì)劃把傳感器數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸至另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，直至抵達(dá)一個(gè)地區(qū)的氣象站，最后，該氣象站把來(lái)自各個(gè)樹(shù)上的傳感器讀數(shù)通過(guò)中繼發(fā)給中央火災(zāi)預(yù)測(cè)計(jì)算機(jī)。

當(dāng)然，大樹(shù)也跟人體一樣，新陳代謝有快有慢。根據(jù)它們的發(fā)電量，可以知道它的健康程度，須要定期檢查，調(diào)整傳感器的安裝，甚至隨時(shí)更換“電源”。雖然大樹(shù)路燈還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，但是至少它們發(fā)的電已經(jīng)可以為自己防御火災(zāi)了。