“中国科学家的发现几乎能将世界上所有植物活叶转化成能源”

【文/观察者网 张菁娟】据香港《南华早报》24日报道，中国科学家们发现了一种基于活荷叶的植物蒸腾发电机（LTG），可利用植物叶片蒸腾作用的水循环过程直接捕获环境潜热，实现持续产电，“这几乎能将世界上所有植物活叶转化为可持续的能源”。

报道称，该发电机的电输出性能可以通过串联或并联线性放大，实现为电容器充电或驱动小型电子设备。

福建农林大学周顺桂教授团队9月16日在《自然》子刊《Nature Water》上发表了研究论文。文中介绍道：“该研究首次揭示了植物蒸腾作用的水伏效应。鉴于植物蒸腾作用水伏效应的广泛存在，本研究为推进未来绿色能源技术发展提供了新视角，并在实际应用，特别是满足物联网（IoT）能源需求方面具有深远意义。”

水伏技术通过材料界面与水相互作用而生电，利用该技术可从雨滴、波浪中捕获能量产生电能。然而，目前的各种水伏器件普遍依赖外部水源以应对因水分蒸发导致的能量衰减，这限制了它们的实际应用。

论文在《Nature Water》上发表 截图

福建农林大学的研究人员表示，植物蒸腾作用是陆地表面最大的水通量之一，占地球蒸散发的80%-90%，蕴含着巨大的水伏能量潜力，却很少被直接利用。

“我们通过一系列的产电验证实验设计和原位电学测试，证实了利用植物活叶蒸腾作用诱导发电的可行性。”研究人员说。

报道称，蒸腾作用是指植物体内的水分通过植物根部向顶端移动的过程，以及水分通过叶片或花朵蒸发的过程。研究人员估计，通过全球植物的蒸腾作用发电，每年可产生67.5太瓦时的电力。

论文第一作者、福建农林大学的胡启昌教授说：“通过进一步的研究和技术优化，叶片蒸腾发电有可能成为一种广泛应用和商业上可行的技术。其核心优势在于可持续性、生态友好性和低成本。”

与传统的水力发电机相比，基于蒸腾作用的发电机具有设备简单、成本低廉、无需大规模水源等显著优势。

胡启昌表示，该发电机还可以作为包括农田等分散区域的能量来源，而不需要大规模的基础设施。

研究人员在论文中介绍，他们将钛网电极作为阴极紧贴于荷叶片上表面，钛针电极作为阳极扎入荷叶根茎中，原位构建出了一个LTG器件。

LTG的蒸腾产电机制图 论文配图

“植物通过蒸腾作用不断与环境交换水分，因此蒸腾发电可以持续一整天，尤其是在阳光充足的时候。”胡启昌说。

不过，研究人员也发现，环境温度、蒸腾速率和气孔导度是影响输出功率的正因素，而相对湿度是影响输出功率的负因素。标准化平均效应表明，环境温度、蒸腾速率和气孔导度对输出功率有明显的直接影响，其中，蒸腾速率对输出功率的影响最为显著。

因此，要实现更广泛的商业应用，还需要克服一些挑战。胡启昌举例说，如提高单片叶子的发电效率、优化能量收集和存储系统，以及扩大应用场景等。

他称，目前单片叶子的发电量相对较小。研究表明，通过连接多株植物和多片叶子，可以形成分布式发电网络，从而提高整体能源输出。“未来，这项技术在能源互联网、智能电网、物联网和传感等领域有着广阔的应用前景。”

全球植物蒸腾产电和为全球物联网节点设备供电示意图 论文配图

虽然LTG的性能和对其机理的理解仍处于早期阶段，但胡启昌表示，该团队将探索不同的方法来推动这项技术的发展。

此外，为了证明该装置的普遍性，研究团队还测试了多种植物的发电能力。分析发现，植物蒸腾诱导发电是一个普遍现象且产生电量取决于其蒸腾作用的强度。

“这一发现支持了自然界中植物活叶蒸腾诱导发电的普遍性，对实际应用具有深远影响。”研究小组在文中写道。

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