生物质发电技术：土豆有望解决人类未来能源问题.doc

土豆发电：有望解决人类未来能源问题2013年11月20日 14:15来源：中文科技资讯通过简单的方法，不起眼的土豆就可以被做成电池，那土豆真的能在未来成为家庭用电的来源吗?对于土豆，不同人可能都有各自喜欢的烹调方法，但哈伊姆拉宾诺维茨(Haim Rabinowitch)则想得更远。在过去几年，拉宾诺维茨及其同事一直在推动“土豆电源”的构想，试图用此来使人们放弃使用电网的能源。他们声称，利用简单廉价的金属片、电线和LED灯泡，就可以为世界各地偏远的小镇和村庄提供照明。他们发现了一种能让土豆发电的简单，却又十分聪明的方法。来自耶路撒冷希伯来大学的拉宾诺维茨说：“一颗土豆就足够为一个房间的LED灯泡提供40天的电能。”这种说法看似夸张，但其实有着合理的科学依据。不过，拉宾诺维茨及其团队已经发现，真正将土豆发电应用到现实生活中远比初看起来复杂得多。在拉宾诺维茨及其团队发现土豆能产生超乎寻常的电能之时，高中的物理课程上还在教授着电池工作的机理。将有机材料制成电池，你只需要两块金属，一块作为阳极，是电势低的电极，如锌;另一块作为阴极，是带正电荷的电极，如金属铜。土豆内部的酸性物质会与锌和同发生化学反应，当电子从一端流向另一端时，电能就释放了。1780年，路易吉伽伐尼(Luigi Galvani)发现了这一机制，他将两片金属连接到青蛙的腿上，导致青蛙的肌肉抽搐。这种“动物电”也可以在动物体外被复制，你可以在两块金属极之间放上许多其他物质，获得同样的效果。与路易吉伽伐尼同时代的亚历山德罗伏打(Alexander Volta)用的是浸盐水的纸。还有人曾制作出“泥土电池”，利用两个金属片和一堆土，或许还得加上一桶水。超级土豆在高中科学课堂上，土豆常常被用来教授这些基本的原理。然而，使拉宾诺维茨感到意外的是，还没有人试过将土豆作为能量来源进行科学的研究。因此，2010年，他决定尝试一下，与他合作的是博士生亚历克斯哥德堡(Alex Goldberg)，以及来自加州大学伯克利分校的博里斯鲁宾斯基(Boris Rubinsky)。“我们查看了20种不同的土豆，”哥德堡解释道，“而且查看了它们的内部电阻，这使我们能够了解发热时会损失多少能量。”他们发现，简单地煮上八分钟，土豆内部的有机组织就会分解，使电阻降低，电子流动更加自由，从而产生更多的电能。他们还将土豆切成了4到5片，中间夹着锌片和铜片。哥德堡说：“我们发现这能使电能输出提高到10倍，这使其出奇地经济实用，因为成本降低了。”“这是种低电压能，”拉宾诺维茨说，“但已经足够打造一块能给手机或笔记本充电的电池，特别是在那些没有电网覆盖，没有电能连接的地方。”他们的成本分析显示，一块土豆电池(一个煮过的土豆加上锌、铜电极组成)所产生的便携式电能成本为每千瓦时9美元，这比常见的1.5伏AA碱性电池或干电池便宜50倍，后者每千瓦时需要49到84美元。与发展中国家使用的煤油灯相比，土豆电池的成本也便宜了差不多6倍。于是，我们就有了这样的疑问：为什么土豆电池还没有出现巨大的成功呢?2010年，全世界共收获了惊人的324181889吨土豆。作为世界上最重要的非谷物粮食，土豆是131个国家中最重要的淀粉来源。土豆很便宜，易于存储，而且能保存很长时间。目前世界上有12亿人还无法享受电力带来的便利生活，一颗小小的土豆或许就是解决这一问题的答案至少研究者是这么想的。“我们认为一些组织可能会感兴趣，”拉宾诺维茨说，“我们觉得，印度的政治家们可以在土豆上印上名字再分发出去，这些土豆电池的成本还不到1美元。”然而，他们的实验已经过去了3年，为什么还没有政府、公司或其他组织认可土豆电池呢?拉宾诺维茨说：“答案很简单：他们根本就不了解。”不过，事实也许比这复杂得多。首先，利用食物作为能源就是一大争议。联合国粮食和农业组织(FAO)负责自然资源的高级官员奥利维尔杜波依斯(Olivier Dubois)说，利用粮食作为能源如用甘蔗生产生物燃料必须避免削减食物储备，以及与农民竞争。“你首先要看到：有没有足够用来吃的土豆?然后，我们在贩卖土豆获利的时候有没有与农民发生竞争?”他解释道，“因此，如果食用的土豆够了，商用的土豆够了，还有一些土豆剩下来，那好，这个主意就可以实现。”在像肯尼亚这样的国家，土豆是仅次于玉蜀黍的第二大粮食作物。今年该国的农户共收获了差不多1000万吨土豆，但有约10%到20%由于缺乏通向市场的渠道，或者较差的存储条件及其他问题而损失掉。这些没能进入市场的土豆很适合用于制成土豆电池。绝佳的应用例子另一个例子是，在斯里兰卡，当地能获得的土豆既少又贵。因此凯拉尼亚大学的一个团队决定利用另一种原料来进行类似实验，这种材料就是在斯里兰卡常见的芭蕉。物理学家贾亚苏里亚(KD Jayasuriya)及其同事发现，“煮”的技术同样可以用在芭蕉茎上，而最好的发电效果是在煮熟之后，再切碎这些芭蕉茎。通过这一方法，他们现在能够使一盏LED灯点亮超过500小时。贾亚苏里亚说：“我认为土豆产生的电流稍微稳定一些，但芭蕉的茎是免费的，是我们丢弃的东西。”也有一些人对土豆能源的可行性有所怀疑。“实际上，土豆电池就像你在商店里买的其他常规电池一样，”美国马萨诸塞大学的德雷克洛夫利(Derek Lovley)说，“它只是用了不同的介质而已。”从原理上说，土豆并非电能的来源，实际上这些电视来自锌的腐蚀。洛夫利说：“它是有耗损的，金属随着时间推移会被腐蚀。”这就意味着你必须在一段时间后更换锌当然还有土豆，或者芭蕉茎。当然，在许多发展中国家中锌还是很便宜的，而且贾亚苏里亚认为，这种电池比起煤油灯来更加节省成本。一根锌电极可以使用大约5个月的时间，成本相当于1升煤油，而这些煤油只能供普通的斯里兰卡家庭使用两天。另一方面，你也可以使用其他电极，如镁或铁。不过，倡导土豆电池的人还需要克服另一个问题：消费者对土豆的感觉。相对于其他现代技术，如太阳能等，土豆作为能量来源看起来并不十分吸引人。One Degree Solar是一家在肯尼亚销售微型太阳能家庭系统的公司，其创立者Gaurav Manchanda说，人们购买他们