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第24章 植物也可以发电吗?

在能源匮乏的今天,科学家们正在从各方面千方百计地寻找新的能源。1981年,英国基得明斯特市的一名钟表匠托尼·埃希札提出了一个极为大胆的新设想——用植物发电。他做了一个十分简单的试验,用一个柠檬,在末端插入两个电极,二根由锌制成,另一根为铜线,然后把两个电极与小型钟表电动机的电路相连,结果,令人吃惊的现象出现了,电针的指针开始正常走动,就像接上电源那样,这个柠檬中的能源,足足使钟走动了5个月。

埃希尔的实验证明,植物中蕴含着能量可以发电,一个柠檬就可以充当一个植物电池。

虽然用这种方法并没有很大的实际应用意义,但它无疑为用植物电池产电和贮存电能作了最初的简单尝试,使许多科学家专心致力于这项具有光辉前景的研究。

不久之后,美国加利福尼亚大学的索莫杰伊教授,进行了一系列颇有实际意义的实验。

他提出:工业上从水中提取氢气和氧气需要耗用大量的电能,而植物的绿叶可以利用阳光将水分解成氢和氧,如果制造出一种能利用太阳能的“电子叶”,等于找到了一个不可估量的发电工厂。他采用了一个十分巧妙的方法,用一块氧化铁粉制成的催化板,板中掺入了一些特殊的杂质,而且还分别用镁原子和硅掺杂形成“PN”型半导体结盘形板,将它浸在可导电的硫酸钠溶液中,当阳光照射时,就在两极之间产生电流,并开始将水分解成氢和氧。但用这种方式还存在着很大的问题,比如掺镁的盘面经过8小时后由氧化铁渐渐变为氧化亚铁而降低催化作用,离真正进入应用阶段还有很大距离。

同时,美国俄亥俄州立大学的生物化学家伊利莎白·格洛丝及其同事,对植物发电的课题进行了正规而又深入的研究。他们把活细胞成分和人工合成的生化制品合起来,制成一种巨大的特殊叶细胞。这是一个十分复杂的过程,他们先利用从叶绿体中仔细分离出来的颗粒,成功地制得以植物为基础的光电池,而后又根据叶绿体进行光合作用的原理,制成了以完整的叶绿体为基础的电池,因为完整叶绿体比较容易从植物组织中分离出来。

格洛丝把叶绿体涂在微型过滤薄膜上,用这种薄膜来分割两种溶液。一种溶液中含有释放电子的化学物质,另一种溶液包含有电子受体。当光线透过电子受体溶液照射到叶绿体上时,两者都受到激发,电子从释放电子的溶液中通过叶绿体进入电子受体溶液。结果他们发现,由于某些电子受体分子对光非常敏感,因此,哪怕是使用死的叶绿体也会产生电压。研究者根据覆盖在薄膜上的叶绿体面积,计算出总光能中立即转化为电的最多只有3%左右,其中叶绿体提供的约占2/3。显然,上述的数字很不理想,用植物电池生产电在理论上似乎应该是行得通的,那么问题在哪儿呢?

首先,要精确测出叶绿体对电池的效率究竟起多大作用是很困难的,因为“植物电池”中的生物系统和化学系统很可能是协同动作的。也就是说,整体的效率要比各个单个系统的作用简单相加起来的效率大。更重要的是,这种电池还能贮存大量光能,因而测量瞬间能量转换效率会造成错误的影响。

利用植物发电的研究面临重重的困难,但“植物电池”的优越性是不言而喻的。

它比传统的光电池实际用处还大,因为光电池只有在光线照射下才会产生电能,而植物电池在连续照光半小时后,在黑暗中还能继续保持电压1小时之久,所以在今天越来越多的科学家们对它产生了浓厚的研究兴趣。

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