小議植物發(fā)電機(jī)與電肥

陳志怡

（畢節(jié)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 畢節(jié) 551700）

植物與電有著密切的關(guān)系，雷電的產(chǎn)生與植物有關(guān)，利用植物的光合作用，可以制造“生物光伏電池”，以植物為載體，把光能轉(zhuǎn)化為電能，并且，電場(chǎng)還能作為一種肥料，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。

1 雷電的產(chǎn)生與植物有關(guān)

你可知道:為什么在夏季下雨時(shí)多雷電,而在冬季降雪時(shí)極少有雷電，為什么兩極地區(qū)和凍土帶沒有閃電，為什么海洋和沙漠上雷鳴是那樣稀少，據(jù)科學(xué)家分析,這些現(xiàn)象都與植物有關(guān)。所有的花粉都帶有正電荷，雌蕊都帶負(fù)電荷，而雷電也是正電與負(fù)電接觸的結(jié)果，全世界的所有的植物每年蒸發(fā)到空氣里的芳香物質(zhì)據(jù)統(tǒng)計(jì)有1.5億噸。每一滴芳香物質(zhì)都帶有正電荷，以便把水汽吸引到自己身上，這樣，就形成了一個(gè)把芳香物質(zhì)包在核心的水汽罩。它們一點(diǎn)一滴，越聚越多，最終就可以形成發(fā)出電閃雷鳴的大塊云團(tuán)。地球各大洲上空，每秒鐘大約發(fā)生100次閃電，據(jù)說如果把這些電聚集起來，可以得到功率為1億千瓦的強(qiáng)大電荷。這正是植物每年散發(fā)到空氣中的數(shù)百萬噸芳香物質(zhì)所帶走的那部分能量。

2 植物也可以作為發(fā)電機(jī)

我們知道風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電，火力發(fā)電、核電，太陽(yáng)能發(fā)電，但是你有沒有聽說過植物也可以發(fā)電？其實(shí)，近年來法國(guó)與其他地中海沿岸國(guó)家一道，積極開展了植物發(fā)電的試驗(yàn)研究。

2.1 植物發(fā)電原理

植物進(jìn)行光合作用時(shí)，葉綠素不但能把水分解為氫和氧，而且還能把氫分解為帶電荷的氫離子和帶負(fù)電荷的電子。此時(shí)，植物體內(nèi)會(huì)有電流產(chǎn)生，然后白白地消耗掉了。如果用人工的方法控制這個(gè)產(chǎn)生電流的過程，就可以積累植物中的電量，為人們提供生活和工業(yè)所需的用電。

2.2 植物發(fā)電的可行性

科學(xué)家做過一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：他們利用綠葉在早晨八九點(diǎn)鐘太陽(yáng)光照射下的光電效應(yīng)，用一個(gè)特定的儀器和靈敏度極高的微型電流表竟然測(cè)出15微安的電流。雖然15微安的電流極其微小，但如果綠葉受光面積增大，則綠葉所發(fā)的電流也可增強(qiáng)。從這一實(shí)驗(yàn)得到的啟發(fā)是，綠葉可以發(fā)電。

幾年前，為了驗(yàn)證植物葉綠素發(fā)電的可行性，日本科學(xué)家進(jìn)行了一個(gè)特別的實(shí)驗(yàn)。研究人員把從菠菜葉內(nèi)提取的葉綠素與卵磷脂混合，涂在透明的氧化錫結(jié)晶片上，用它作為正極安置在“透明電池”中，當(dāng)它被太陽(yáng)光照射時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電流。研究表明，用葉綠素制造的電池能把太陽(yáng)能的30%轉(zhuǎn)換成電能，而現(xiàn)有的多數(shù)太陽(yáng)能電池板僅能把10%～20%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。因此，研究人員認(rèn)為利用植物進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電應(yīng)該比太陽(yáng)能電池板發(fā)電的潛力更大。

研究人員把利用植物進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電的方式稱作“生物光伏發(fā)電”，然而，日本研究人員制造的生物光伏電池不能持久發(fā)電，因?yàn)橛糜谥圃祀姵氐娜~綠素與卵磷脂都是從植物中提取出來的有機(jī)物，離開植物的生存環(huán)境后很容易分解而失去吸收太陽(yáng)能的功效。

英國(guó)劍橋大學(xué)的研究人員改進(jìn)了日本研究人員的發(fā)電技術(shù)，利用活的植物發(fā)電，比如，研究人員在一些植物盆栽中設(shè)置一些電極，就可以及時(shí)搜集植物在進(jìn)行光合作用時(shí)產(chǎn)生的電量。根據(jù)目前進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，一盆直徑1米的蕨類植物可以產(chǎn)生100瓦的電力，在陽(yáng)光燦爛的日子一天可以產(chǎn)生將近1度電。蕨類植物對(duì)生長(zhǎng)所需的土壤肥力要求不高，管理起來十分方便，生長(zhǎng)也很迅速，比較適合用作發(fā)電。

除了蕨類植物外，研究人員更看好的是各種藻類植物，藻類生長(zhǎng)和擴(kuò)張都很迅速，對(duì)環(huán)境的要求更低，分布廣，斯坦福大學(xué)的Ryu和他的同事們制造出了寬度只有數(shù)十納米的金質(zhì)電極，將其插進(jìn)綠藻細(xì)胞當(dāng)中。這么小的電極不會(huì)對(duì)綠藻細(xì)胞造成致命損傷，有彈性的細(xì)胞膜會(huì)封住電極，葉綠體會(huì)正常工作，但是所產(chǎn)生的電子卻會(huì)被電極吸走而形成電流。每個(gè)綠藻僅能夠產(chǎn)生一兆分之一安培的電流，幾乎完全可以忽略不計(jì)。但是Ryu希望通過“螞蟻雄兵”的策略來讓這種方法顯得有些可行性?，F(xiàn)在研究者們制造了一些細(xì)金絲，表面有著向著同一個(gè)方向傾斜的微小尖刺。當(dāng)含有大量綠藻的水逆著尖刺的傾斜方向流過時(shí)，綠藻就會(huì)被掛在尖刺上，變成了一個(gè)微小的電池。通過這種方式，研究者們已經(jīng)能在一小時(shí)內(nèi)生產(chǎn)出大約與一節(jié)普通電池相當(dāng)?shù)碾娏俊?/p>

2.3 植物發(fā)電的前景

如果把植物光合作用的能量用于發(fā)電，必然會(huì)影響植物的生長(zhǎng)。因此，在未來將主要用雜草和樹木來發(fā)電，不會(huì)用糧食作物、蔬菜和果樹來發(fā)電。和傳統(tǒng)的太陽(yáng)能發(fā)電一樣，“生物光伏”發(fā)電也面臨著儲(chǔ)能的問題。也就是說，有陽(yáng)光照射的時(shí)候，電能會(huì)源源不斷地產(chǎn)生并需要及時(shí)消耗，而在夜晚沒有陽(yáng)光的時(shí)候則不會(huì)產(chǎn)生電能，需要用一些儲(chǔ)電設(shè)備來解決這個(gè)問題。

利用植物為載體使太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，相對(duì)于太陽(yáng)能電池板來說，成本較低。研討者們正在尋找擁有更多葉綠體的植物，也在改良制作電極的工藝，盡管利用植物進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電的技術(shù)剛剛起步，研究人員卻對(duì)它的前景十分看好。植物發(fā)電不但效率高，而且十分便捷，可以當(dāng)?shù)匕l(fā)電當(dāng)?shù)厥褂?，不需要?fù)雜的電網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程輸電，尤其適合偏僻地區(qū)和災(zāi)區(qū)。葉綠體的優(yōu)點(diǎn)還在于無論是春夏秋冬、晴陰雨雪，它都能吸收光能并轉(zhuǎn)化為電能。

3 電肥

“電氣栽培”創(chuàng)始人是物理學(xué)家萊姆斯特倫，他進(jìn)行了幾組田間實(shí)驗(yàn)，把生長(zhǎng)的植物置于上懸電線的電場(chǎng)中，其電壓梯度為10千伏/米，電線不直接與植物相連，但是小的電流能通過空氣中的離子到達(dá)植物。在這種條件下，植物生長(zhǎng)茂盛，收成比預(yù)計(jì)高出半倍。萊姆斯特于1904年發(fā)表了他的研究結(jié)果。

英國(guó)帝國(guó)大學(xué)的植物生理學(xué)家貝萊克曼也做了相似的實(shí)驗(yàn)。1915-1920年，他在英國(guó)三個(gè)不同區(qū)域?qū)ρ帑?、大麥、冬小麥和車軸草-甘草雜交種進(jìn)行了田間實(shí)驗(yàn)。他每天以40-80千伏的電壓給電線充電6小時(shí)。在18組實(shí)驗(yàn)中，14組顯示出增產(chǎn)，9組增產(chǎn)高于預(yù)期值30%.燕麥和大麥增產(chǎn)22%。盆栽作物的實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)，玉米和大麥作物在電線下生長(zhǎng)茂盛。當(dāng)貝萊克曼使電線帶負(fù)電以及用交流電替代直流電時(shí)，植物茂長(zhǎng)的效果依然存在。

植物和動(dòng)物一樣都具有生物電，因?yàn)樽匀唤缡且粋€(gè)大電場(chǎng)，作物與大地緊密地連在一起，因而被充了電。科學(xué)家們觀察發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物體內(nèi)的電位同大氣的電位差越大，農(nóng)作物的光合作用越強(qiáng)。科學(xué)家們還做了一些有趣的實(shí)驗(yàn)：將西瓜種子在75V電壓的稀鹽酸溶液中浸泡后，西瓜的含糖量增加了4%，產(chǎn)量提高了10%；又用220V電壓處理西紅柿，其果實(shí)中維生素C的含量增加7%，糖分增加2%，而產(chǎn)量增加了17%。

電場(chǎng)之所以能成為肥料，是由于生物體中的每一個(gè)細(xì)胞都是一個(gè)“微型電池”，電場(chǎng)能使它不斷“充電”。美國(guó)一位植物生理學(xué)家用微電極將1-2微安電流傳送給煙草的愈傷組織，結(jié)果生長(zhǎng)速度增加約70%，栽培物新枝多5倍。將同一原理施用于蔬菜，結(jié)果生長(zhǎng)周期縮短一半，產(chǎn)量增加了3-6倍。在黃瓜的長(zhǎng)瓜期間給它施加90伏電壓，黃瓜可增產(chǎn)3倍。

[1] 高玉哲.植物與雷電[J].植物雜志，1988，04：80-83.

[2] 劉國(guó)信.植物發(fā)電：新的綠色能源[N].新民晚報(bào)，2003-1-1（2）.

[3] 范世忠.利用植物造福人類[J].發(fā)明與創(chuàng)新，2004，10.

[4] 劉國(guó)林，余炎.植物在電場(chǎng)中生長(zhǎng)[J].國(guó)外科技動(dòng)態(tài)，1998，04.