植物“發(fā)電”是否可行

在能源匱乏的今天，科學(xué)家們正在從各方面千方百計(jì)地尋找新的能源。1981年，英國基得明斯特市的一名鐘表匠托尼·埃希札提出了一個(gè)極為大膽的新設(shè)想———用植物發(fā)電。他做了一個(gè)十分簡單的試驗(yàn)，用一個(gè)檸檬，在末端插入兩個(gè)電極，二根由鋅制成，另一根為銅線，然后把兩個(gè)電極與小型鐘表電動(dòng)機(jī)的電路相連，結(jié)果，令人吃驚的現(xiàn)象出現(xiàn)了，電針的指針開始正常走動(dòng)，就像接上電源那樣，這個(gè)檸檬中的能源，足足使鐘走動(dòng)了5個(gè)月。

埃希爾的實(shí)驗(yàn)證明，植物中蘊(yùn)含著能量可以發(fā)電，一個(gè)檸檬就可以充當(dāng)一個(gè)植物電池。雖然用這種方法并沒有很大的實(shí)際應(yīng)用意義，但它無疑為用植物電池產(chǎn)電和貯存電能作了最初的簡單嘗試，使許多科學(xué)家專心致力于這項(xiàng)具有光輝前景的研究。

不久之后，美國加利福尼亞大學(xué)的索莫杰伊教授，進(jìn)行了一系列頗有實(shí)際意義的實(shí)驗(yàn)。他提出：工業(yè)上從水中提取氫氣和氧氣需要耗用大量的電能，而植物的綠葉可以利用陽光將水分解成氫和氧，如果制造出一種能利用太陽能的“電子葉”，等于找到了一個(gè)不可估量的發(fā)電工廠。他采用了一個(gè)十分巧妙的方法，用一塊氧化鐵粉制成的催化板，板中摻入了一些特殊的雜質(zhì)，而且還分別用鎂原子和硅摻雜形成“PN”型半導(dǎo)體結(jié)盤形板，將它浸在可導(dǎo)電的硫酸鈉溶液中，當(dāng)陽光照射時(shí)，就在兩極之間產(chǎn)生電流，并開始將水分解成氫和氧。但用這種方式還存在著很大的問題，比如摻鎂的盤面經(jīng)過8小時(shí)后由氧化鐵漸漸變?yōu)檠趸瘉嗚F而降低催化作用，離真正進(jìn)入應(yīng)用階段還有很大距離。

幾乎與此同時(shí)，美國俄亥俄州立大學(xué)的生物化學(xué)家伊麗莎白·格洛絲及其同事，對(duì)植物發(fā)電的課題進(jìn)行了正規(guī)而又深入的研究。他們把活細(xì)胞成分和人工合成的生化制品合起來，制成一種巨大的特殊葉細(xì)胞。這是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，他們先利用從葉綠體中仔細(xì)分離出來的顆粒，成功地制得以植物為基礎(chǔ)的光電池，而后又根據(jù)葉綠體進(jìn)行光合作用的原理，制成了以完整的葉綠體為基礎(chǔ)的電池，因?yàn)橥暾~綠體比較容易從植物組織中分離出來。

格洛絲把葉綠體涂在微型過濾薄膜上，用這種薄膜來分割兩種溶液。一種溶液中含有釋放電子的化學(xué)物質(zhì)，另一種溶液包含有電子受體。當(dāng)光線透過電子受體溶液照射到葉綠體上時(shí)，兩者都受到激發(fā)，電子從釋放電子的溶液中通過葉綠體進(jìn)入電子受體溶液。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)，由于某些電子受體分子對(duì)光非常敏感，因此，哪怕是使用死的葉綠體也會(huì)產(chǎn)生電壓。研究者根據(jù)覆蓋在薄膜上的葉綠體面積，計(jì)算出總光能中立即轉(zhuǎn)化為電的最多只有3%左右，其中葉綠體提供的約占2／3。顯然，上述的數(shù)字很不理想，用植物電池生產(chǎn)電在理論上似乎應(yīng)該是行得通的，那么問題在哪兒呢？

也許主要的原因有兩個(gè)。首先，要精確測(cè)出葉綠體對(duì)電池的效率究竟起多大作用是很困難的，因?yàn)椤爸参镫姵亍敝械纳锵到y(tǒng)和化學(xué)系統(tǒng)很可能是協(xié)同動(dòng)作的。也就是說，整體的效率要比各個(gè)單個(gè)系統(tǒng)的作用簡單相加起來的效率大。更重要的是，這種電池還能貯存大量光能，因而測(cè)量瞬間能量轉(zhuǎn)換效率會(huì)造成錯(cuò)誤的影響。

利用植物發(fā)電的研究正陷入重重的困難之中，但“植物電池”的優(yōu)越性是不言而喻的。它比傳統(tǒng)的光電池還要有用，因?yàn)楣怆姵刂挥性诠饩€照射下才會(huì)產(chǎn)生電能，而植物電池在連續(xù)照光半小時(shí)后，在黑暗中還能繼續(xù)保持電壓1小時(shí)之久，所以在今天導(dǎo)致越來越多的科學(xué)家們對(duì)它產(chǎn)生了更加濃厚的研究興趣。