加拿大研發大腸桿菌太陽能技術,陰天照樣能發電

作者 | 發布日期 2018 年 07 月 10 日 7:45 | 分類 太陽能 , 生物科技 , 能源科技 follow us in feedly

大腸桿菌為人與動物腸道中惡名昭彰的細菌,也是最常造成我們拉肚子的兇手。加拿大科學家突發奇想,讓大腸桿菌搖身一變成太陽能材料,且該電池即使在陰天也一樣能發電,成功解決太陽能只能用在日照充沛地區的弱點。



使用細菌、藻類與微生物發電的技術稱為生物太陽能(Biophotovoltaic,BPV),利用有機物可行光合作用的特性來進行發電。以往科學家如果要開發生物太陽能,會將有機物中的染料提煉出來,但過程既昂貴又複雜,還可能用到有毒溶劑,並導致染料容易降解。

加拿大英屬哥倫比亞大學(UBC)則選擇將染料留在大腸桿菌中,並對大腸桿菌進行基因改造,讓其生產出大量茄紅素(lycopene),之後更在細菌上覆塗礦物質,讓大腸桿菌變成另類的「半導體」,最後再將混合材料塗在玻璃表面來發電。

其中茄紅素是能吸收大量可見光的色素,因此無論陽光是否充足都可有效將太陽光轉換成電力,可望用在日照不多、長期處於陰天狀態的地區,擴大太陽光電技術的應用範圍。

▲ 大腸桿菌。(Source:Flickr/NIAID CC BY 2.0)

該玻璃可用於太陽能電池陽極,每平方公分能產生的電流密度更是其他生物太陽能的兩倍,達到 0.686 毫安培,UBC 化學與生物工程教授 Vikramaditya Yadav 表示,團隊已成功達成生物太陽能電池的最高電流密度紀錄,且該染料生產成本也是舊有技術的 10%,希望充分最佳化之後可將該混合材料商業化。

不過該技術也有些障礙待突破,現在使用的半導體製程會把大腸桿菌殺死,未來該團隊會繼續努力尋找延長壽命、讓大腸桿菌無限生產染料的辦法。研究已發表在《Small》期刊。

該技術並不是第一個生物太陽能技術,2016 年美國賓漢頓大學已使用藍綠菌當作太陽能發電來源,藍綠菌除了會在白天行光合作用釋放出氧和電子,夜間的呼吸活動也同樣會產生電子,讓電池 24 小時都有電力可用。

2018 年 1 月英國劍橋大學也成功用綠藻打造生物太陽能電池,並透過雙室 BPV 系統 (two-chamber system),將生物太陽能電池的充電和供電兩項核心過程分離,研究也指出,充電和供電需要的環境不太一樣,像是充電系統需要暴露在陽光下才能有效運作,供電系統則雖然不需要陽光,但得有效地把電子轉換成電流,建立雙室系統能將兩道程序獨立,增加各自的效率以減少電損,最後也打造出功率密度為每平方公尺 0.5w 的生物太陽能電池。

太陽能材料無奇不有,雖然當前生物太陽能轉換效率可能沒有矽晶或是鈣鈦礦太陽能電池那麼高,但由於材料便宜,同樣也是有潛力的太陽能發展方向。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:Flickr/Mountain/ \Ash CC BY 2.0)