新型照明燈

19世紀(jì)初，英國(guó)一位化學(xué)家用2000節(jié)電池和兩根炭棒，制成世界上第一盞弧光燈。但是由于這種燈產(chǎn)生的光線太強(qiáng)，只能安裝在街道或廣場(chǎng)上，普通家庭無法使用，因而未能得到推廣。1879年10月21日，美國(guó)發(fā)明家愛迪生通過長(zhǎng)期的反復(fù)試驗(yàn)，終于點(diǎn)燃了世界上第一盞有實(shí)用價(jià)值的電燈，從此電燈走進(jìn)千家萬戶，照亮了人們的每一個(gè)夜晚。

電燈是人造照明光源，然而隨著能源的大量開發(fā)和利用，現(xiàn)在全人類正面臨著資源匱乏、能源稀少的嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí)，若電力不能可持續(xù)發(fā)展，那么電燈也將難以繼續(xù)發(fā)光。隨著科技的迅速發(fā)展，科學(xué)家們積極地探索、研發(fā)出各種新型的照明燈，為帶來新的實(shí)際價(jià)值的同時(shí)，也讓我們體會(huì)到新奇的樂趣。

時(shí)至今日，全球仍有十幾億人不能正常用電，他們大多數(shù)在太陽(yáng)落山后或靠煤油等生物燃料照明，但這樣的燃料有害健康，而且還存在火災(zāi)隱患。據(jù)世界銀行估計(jì)，由于用煤油照明，發(fā)展中國(guó)家中，有7.8億婦女和兒童吸入煙霧，每天煙霧的吸入量相當(dāng)于抽2包香煙，而60%的成年女性肺癌受害者，本身并不抽煙。煙霧還會(huì)造成眼部感染和白內(nèi)障。燃燒煤油造成更直接的危險(xiǎn)。僅在印度，一年就有250萬人打翻煤油燈遭重度燒傷。發(fā)展中國(guó)家中，每年有數(shù)千人死于煤油事故，煤油價(jià)格很貴，燒煤油常常伴隨著沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，單煤油照明一項(xiàng)目，能就花掉一個(gè)家庭10%到20%的收入，致使永遠(yuǎn)陷入勉強(qiáng)糊口的生活狀態(tài)，而購(gòu)買照明燃料的費(fèi)用，成為他們的日常必需支出。

為解決能源不足的問題，提供可持續(xù)的照明解決方案，人們發(fā)明太陽(yáng)能照明設(shè)備，將太陽(yáng)輻射能量轉(zhuǎn)化成電能，雖然屬于取之不盡用之不竭的能源，但對(duì)于許多貧困地區(qū)的人們來說，并不劃算。太陽(yáng)能電池板不僅貴，而且只能在陽(yáng)光燦爛的時(shí)候才發(fā)電，沒有持續(xù)性，聽天由命。沒有陽(yáng)光時(shí)，能源必須儲(chǔ)存在昂貴的電池中，而買一個(gè)低成本、配有內(nèi)置可充電電池的太陽(yáng)能燈，所需支付費(fèi)用的三分之一，?；ㄔ谶@個(gè)電池上，每隔幾年還要替換它。

而近日，在倫敦的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新組織Deciwatt，發(fā)明一款新型的電燈——重力燈，給貧困地區(qū)的人們帶來新的希望。一個(gè)裝滿巖石、塵土或沙子等重物的袋子，漸漸拉動(dòng)一根穿過發(fā)電機(jī)的繩子，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，令照明燈發(fā)光。據(jù)重力燈設(shè)計(jì)者之一的瑞德福德介紹，該重力燈升起沙袋，拉繩子3秒鐘，就可使LED燈泡亮上30分鐘。此重力燈可為其他小功率燈泡提供電力，還可為收音機(jī)供電，或給電池充電。該設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)正研究用重力燈技術(shù)為其他設(shè)備甚至手機(jī)提供電力。

目前，Deciwatt組織已經(jīng)籌集到超過預(yù)期目標(biāo)三倍的資金，最初他們需要5.5萬美元，承諾制造1000個(gè)重力燈，免費(fèi)分發(fā)給非洲和印度的貧困社區(qū)。在呼吁民眾資助這個(gè)項(xiàng)目近一個(gè)月時(shí)間，就籌集到183407美元的資金。他們說：“我們進(jìn)行長(zhǎng)期研究的最終目標(biāo)是，讓電力不足的地方用上這種成本非常低的電力網(wǎng)。即使非常邊遠(yuǎn)的地區(qū)，也能用得上它。”

在“新手發(fā)明者大會(huì)”上，來自美國(guó)弗吉尼亞州的克雷·毛爾頓發(fā)明一款“重力燈”獲得了二等獎(jiǎng)。該重力燈是由一個(gè)高度略大于4英尺（約1.21米）、由丙烯酸材料制作的柱狀的燈具，打開燈具，操作者只需將燈上的重物從底端移到頂部，將其放進(jìn)頂部的凹槽里，重物緩緩下降，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電能，令二極管發(fā)光。這種燈具的光通量為600至800流明（相當(dāng)于一個(gè)12瓦日光燈的亮度），能持續(xù)亮4小時(shí)。其亮度相當(dāng)于一個(gè)12瓦的日光燈，使用壽命可達(dá)200年。

海藻燈

韓國(guó)延世大學(xué)和美國(guó)斯坦福大學(xué)的科學(xué)家，利用光合作用的海藻細(xì)胞產(chǎn)生電流。所謂光合作用是植物及其藻類和某些細(xì)菌，利用葉綠素在陽(yáng)光的作用下，把經(jīng)由氣孔進(jìn)入葉子內(nèi)部的二氧化碳、水或硫化氫轉(zhuǎn)化為葡萄糖等碳水化合物，同時(shí)釋放氧氣。這過程中關(guān)鍵的參與者就是被稱為“細(xì)胞發(fā)電室”的葉綠體。在葉綠體內(nèi)水被分解成氧氣、質(zhì)子、電子。陽(yáng)光滲透進(jìn)葉綠體，推動(dòng)電子達(dá)到一定的能量水平，蛋白就可以迅速捕獲到電子，并且在一系列蛋白的傳遞過程中，逐步積累電能，直至所有電能量在合成糖類時(shí)消耗殆盡。

據(jù)此項(xiàng)研究的主導(dǎo)人柳在亨介紹，研究小組使用了專為探測(cè)細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的特質(zhì)納米金電極，將電極輕輕推進(jìn)海藻細(xì)胞膜，讓細(xì)胞膜封口包裹住，并保證海藻細(xì)胞處于存活狀態(tài)。在電極推入進(jìn)行光合作用的細(xì)胞時(shí)，電子能量被陽(yáng)光激發(fā)，并達(dá)到最高水平，研究人員對(duì)其進(jìn)行攔截，放置在海藻細(xì)胞的葉綠體內(nèi)的金電極，快速吸出電子，從而生成電流。而且，這一發(fā)電過程只會(huì)生產(chǎn)質(zhì)子和氧氣，不會(huì)釋放二氧化碳等其他的副產(chǎn)品。

荷蘭設(shè)計(jì)師Mike Thompson，受這一成果的啟發(fā)，使用活海藻作為能量來源，設(shè)計(jì)出清潔、低碳的海藻燈。這些裝在玻璃瓶里的海藻只需要水、陽(yáng)光和二氧化碳便能生存。白天，把它放在陽(yáng)光照射的地方，呼入二氧化碳，就可以產(chǎn)生能量，然后儲(chǔ)存在電池里。待到夜晚，就可以被用來照明。

就目前的研究程度來看，通過海藻發(fā)出的電能較微弱，但其聚集電子發(fā)電的效率大大超越現(xiàn)有的生物燃料，與太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率相當(dāng)，有望達(dá)到100%的能量生成效率。如今，美國(guó)科學(xué)家投入大量精力，致力于對(duì)海藻發(fā)電的進(jìn)一步研究，以助于擺脫嚴(yán)重依賴進(jìn)口石油的窘迫，同時(shí)也幫助解決化石能源短缺和溫室氣體排放等全球性問題。

樹木、土壤燈

如果有人跟你說，把電極插入樹木中就獲得電力，這似乎就是天方夜譚，但最近，美國(guó)麻省理工大學(xué)的安迪斯莫申領(lǐng)導(dǎo)的工作小組研究出，在樹木自身新陳代謝的作用下，因樹木和附近土壤中PH值不同，也能產(chǎn)生電流。

但樹木產(chǎn)生的電流太微弱，為了解決這一問題，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種電壓提升轉(zhuǎn)換器，用來儲(chǔ)存樹木產(chǎn)生的電流能源，待儲(chǔ)備足夠的能源后，可以定時(shí)釋放出1.1V的電壓。隨著時(shí)代發(fā)展，發(fā)電、儲(chǔ)電等整套裝置的電子元件會(huì)越來越小，耗能也越來越低，樹木產(chǎn)生的電流在不久的將來極有可能被廣泛的應(yīng)用。此外，科學(xué)家認(rèn)為，可以通過這些電子傳感器，還可以監(jiān)測(cè)這些樹木自身的生理狀態(tài)和周圍的即時(shí)環(huán)境。

在樹木和土壤中，不單可以借助PH值而產(chǎn)生電流，還可以通過轉(zhuǎn)換土壤中的電解質(zhì)發(fā)電，有一款LED燈也是依附于樹和土壤發(fā)電照明的，這個(gè)燈里面安裝有“微生物燃料電池”，能夠轉(zhuǎn)換土壤中的電解質(zhì)，成為可用能源供給LED燈，提供持續(xù)和幾乎永恒的光。維護(hù)此燈的照明功能非常簡(jiǎn)單，即澆灌植物，只要有水就能保持電能的流動(dòng)。

除了樹和土壤，“微生物燃料電池”還可以對(duì)被誘捕的蒼蠅進(jìn)行消化，產(chǎn)生電能，為另一款紫外線LED燈照明提供動(dòng)力。室內(nèi)電燈關(guān)閉時(shí)，紫外線LED燈開啟，能夠誘捕更多的蒼蠅，獲得更多原料來補(bǔ)充發(fā)電，并且發(fā)光的同時(shí)又能起到殺蟲的作用。