新型清潔能源

石濤 彭博涵 朱慧珠 李玉潔

摘 要：自工業(yè)化發(fā)展以來(lái)，人們對(duì)能源的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，地球上大量的自然資源都將被發(fā)達(dá)國(guó)家所消耗，而且，很多資源在地球中都是不可再生、有限的，因此，人們?cè)诎l(fā)電中想利用更多的資源展開(kāi)。在開(kāi)發(fā)新能源期間，微生物發(fā)電技術(shù)潛力巨大，對(duì)可持續(xù)發(fā)展能源具有重要的研究?jī)r(jià)值。而藍(lán)藻是一種可以利用光合作用來(lái)產(chǎn)生電能的藻類，能夠長(zhǎng)時(shí)間不間斷發(fā)電，消除了傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池對(duì)于太陽(yáng)的依賴，具有更廣闊的應(yīng)用前景和推廣可行性。

關(guān)鍵詞：清潔能源;生物發(fā)電;藍(lán)藻

1 清潔能源的重要性

一個(gè)國(guó)家的發(fā)展需要能源的支持，也是保證民生的根本，在科技發(fā)展推動(dòng)下，人們對(duì)能源的依賴更加強(qiáng)烈，能源的直接或間接消費(fèi)已深入到我們生活的各個(gè)方面。

在進(jìn)行工業(yè)化進(jìn)程中，能源的大量消耗是發(fā)展的必然要求。目前，中國(guó)是世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，在世界上，屬于生產(chǎn)與消費(fèi)能源的第二大國(guó)家，目前，中國(guó)正處于黃金發(fā)展階段，需求能源量較大，而在持續(xù)供應(yīng)能源的條件下，強(qiáng)力的支撐著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

人類為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，就需要發(fā)展與應(yīng)用可再生資源，太陽(yáng)能作為地球上供應(yīng)量最大的可再生能源，對(duì)其的研究與開(kāi)發(fā)，有著巨大的現(xiàn)實(shí)和科學(xué)研究意義，太陽(yáng)能、生物能以及風(fēng)能是中國(guó)目前所應(yīng)用的清潔型能源，太陽(yáng)能環(huán)保清潔，零污染，其也是源源不斷的存在，這樣在能源更替中，因?yàn)槠溥@種優(yōu)點(diǎn)所在，使得它無(wú)法被取代，所以，捕獲太陽(yáng)中能源的技術(shù)也將成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的主題。

2 藍(lán)藻發(fā)電——開(kāi)辟清潔能源新領(lǐng)域

提到藍(lán)藻，人們都會(huì)首先聯(lián)想到那漂浮在湖泊里的、綠油油的、散發(fā)著惡臭的生物，“水華”現(xiàn)象都是由其所引起的，這種物質(zhì)的存在，嚴(yán)重的威脅著我們的生存與健康，然而，這種大型單細(xì)胞核生物，因?yàn)榭梢酝瓿僧a(chǎn)氧性光合作用以及悠久的發(fā)展歷史，在地球建設(shè)中，其價(jià)值也不容忽視，在整個(gè)地球大氣中，它以大氣到無(wú)氧再到有氧狀態(tài)發(fā)展，是好氧生物發(fā)展與進(jìn)化的載體?？梢?jiàn)，藍(lán)藻光合作用的能力是非常強(qiáng)的，那么我們拓展思路，在生物質(zhì)能發(fā)電的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，利用藍(lán)藻來(lái)及進(jìn)行光伏發(fā)電，豈不開(kāi)辟出清潔能源的新的領(lǐng)域？

2.1 藍(lán)藻光伏發(fā)電

在開(kāi)發(fā)新能源的過(guò)程中，微生物發(fā)電技術(shù)其應(yīng)用潛力巨大，是可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)用能源的重要助推器?，F(xiàn)代光伏發(fā)電的技術(shù)核心是利用半導(dǎo)體材料將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，但部分光伏材料含有毒元素，會(huì)造成環(huán)境污染。而藍(lán)藻是一種可以利用光合作用來(lái)產(chǎn)生電能的藻類，能夠長(zhǎng)時(shí)間不間斷發(fā)電，消除了傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池對(duì)于太陽(yáng)的依賴，具有更廣闊的應(yīng)用前景和推廣可行性。藍(lán)藻低價(jià)，易獲取，有益于環(huán)境，是沒(méi)有任何重金屬和塑料的可降解生物。藍(lán)藻具有碳中性、良好的環(huán)境相容性，然而目前國(guó)內(nèi)并沒(méi)有類似使用藍(lán)藻的光合作用來(lái)發(fā)電的項(xiàng)目。而這個(gè)想法可以最大限度的利用藍(lán)藻細(xì)胞的光合作用，通過(guò)碳納米管導(dǎo)電，源源不斷地產(chǎn)生電能并收集電流。

2.2 藍(lán)藻光伏發(fā)電可應(yīng)用的領(lǐng)域

居家用電：將該產(chǎn)品可安裝至房屋合適位置，例如屋層頂部，房屋外壁。見(jiàn)光充足，可滿足發(fā)電條件即可。

新型房屋建設(shè)：將該產(chǎn)品設(shè)計(jì)安裝成房屋墻壁，可設(shè)計(jì)安裝并充當(dāng)房屋的植物墻，不僅增大了房屋采光率，美觀大方，而且可以家用供電。

污水處理廠：將該產(chǎn)品安裝在廠區(qū)建筑物屋頂、沉淀池、生化池和接觸池等處上面，實(shí)現(xiàn)土地的二次利用，污水處理廠業(yè)務(wù)穩(wěn)定，保障了光伏發(fā)電的用電電量。

適用于各個(gè)水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)水質(zhì)處理，城市水區(qū)域環(huán)境治理，而且適用于居家發(fā)電，小功率產(chǎn)品用電。未來(lái)同等原理，向水產(chǎn)水質(zhì)藍(lán)藻檢測(cè)處理發(fā)電發(fā)展，可適用于綜合領(lǐng)域。

2.3 藍(lán)藻光伏發(fā)電原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)包括三個(gè)聯(lián)通管道：循環(huán)管，發(fā)電管，繁殖管，電流收集裝置，電能儲(chǔ)存器，管溶液為一定濃度的藍(lán)藻溶液，依靠微型葉輪驅(qū)動(dòng)循環(huán)，將藍(lán)藻分解酶放入發(fā)電管中的發(fā)電區(qū)域，發(fā)電管下端固定位置加一層半透膜，發(fā)電管內(nèi)側(cè)預(yù)先安裝的碳納米管，發(fā)電管與繁殖管中間的漫反射板可以保證發(fā)電管內(nèi)外兩側(cè)管壁藍(lán)藻有充足的光照，當(dāng)發(fā)電管上部藍(lán)藻充分進(jìn)行光合作用后，酶解破壞細(xì)胞壁使內(nèi)溶物流出，碳納米管對(duì)光合作用產(chǎn)生的微電流通過(guò)微點(diǎn)納米網(wǎng)將電流導(dǎo)出，儲(chǔ)存于外部的蓄電池，進(jìn)行微能量收集。此時(shí)發(fā)電管中藍(lán)藻壞死死亡。繁殖管進(jìn)行多代繁殖，在發(fā)電管與繁殖管交匯處混合，通過(guò)循環(huán)管作用，發(fā)電管為下一次繁殖提供所需的物質(zhì)基礎(chǔ)，繁殖管為下一次發(fā)電提供所需的細(xì)胞基礎(chǔ)。

3 藍(lán)藻光伏發(fā)電技術(shù)可行性

藍(lán)藻含有藻藍(lán)素和葉綠素，可以進(jìn)行光合作用，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。如果用人工的方法控制這個(gè)產(chǎn)生電流的過(guò)程，就可以積累電量，為人們提供生活和工業(yè)所需的用電。所用材料簡(jiǎn)單，主要利用果膠酶、纖維素酶、半透膜、碳納米管、開(kāi)式葉輪、漫反射板、PC聚碳酸酯管及鋰電池。在技術(shù)條件方面，學(xué)校提供優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，專家老師團(tuán)隊(duì)進(jìn)行全方位指導(dǎo)，學(xué)生團(tuán)隊(duì)之間協(xié)同合作，共同支撐該項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。藍(lán)藻遍布，易尋找，所以藍(lán)藻的可推行范圍較廣。

4 發(fā)展藍(lán)藻光伏發(fā)電的意義

提高人們對(duì)新能源的認(rèn)知，擴(kuò)大新能源使用群體，改變我國(guó)在其他能源消費(fèi)比例結(jié)構(gòu)，減少對(duì)原煤和石油等傳統(tǒng)能源的利用，降低對(duì)石油的依賴，減小因缺乏能源安全保障而產(chǎn)生的巨大壓力。利用藍(lán)藻易獲取，價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)將新能源成本降下來(lái)，打開(kāi)新能源發(fā)展空間，加快科技技術(shù)進(jìn)步。最大限度利用藍(lán)藻細(xì)胞自身的光合作用，避免造成二次水體污染，還能夠產(chǎn)生微電流來(lái)供其他裝置利用。環(huán)保且效率很高，滿足了人們對(duì)綠色新能源的追求。藍(lán)藻光伏發(fā)電可以用在不同場(chǎng)合，針對(duì)治理河水藻類富營(yíng)養(yǎng)化和污染，可面向城市的大小水域;針對(duì)藍(lán)藻水質(zhì)處理，可面向水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域。同時(shí)響應(yīng)國(guó)家政策，發(fā)展藍(lán)藻光伏發(fā)電有利于建成環(huán)境友好型國(guó)家。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳青海，張博，艾麗娟，侯宏偉，巫婭坤，任天瑞.藍(lán)藻生物資源的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用.作者單位：上海師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，2011（09）.

[2]陳思嘉，鄭文杰，楊芳.藍(lán)藻對(duì)重金屬的生物吸附研究進(jìn)展.作者單位：暨南大學(xué)化學(xué)系暨南大學(xué)化學(xué)系.暨南大學(xué)化學(xué)系，2006（04）.