“空气发电机”来了，能持续生产几乎零污染清洁能源

撰文 | Sueyl

编辑 | 郭郭

→这是《环球零碳》的第656篇原创

随着全球能源需求的不断增长以及传统能源资源的减少，人们越来越意识到寻找可再生、无污染的能源的重要性。

最近，科学家们在寻求清洁能源方面又取得了重要突破。马萨诸塞大学阿默斯特分校的工程师们成功研发出一种“空气发电机”，能通过利用在细菌中提取的材料从空气中的水分里获取能量，进而持续生产几乎零污染的清洁能源。

这项技术实现了能源的循环利用，极大地减少了对环境的负面影响。可以说是推动可持续能源发展的重要里程碑。

这项发表在《先进材料》杂志的最新研究显示，在2020年使用源自细菌的材料获取空气中水分的研究成果基础上，新研究扩展到几乎任何材料，如木材或硅，只要能分解成小颗粒并用微孔重新制成，都可以使用。不过，该技术的规模化生产问题仍待解决。

“空气发电”靠谱吗？

马萨诸塞大学阿默斯特分校的工程师们展示了一种新颖的“空气发电机”薄膜，它依赖直径小于100纳米的微小孔洞——约为一根人类头发直径的千分之一。这些孔洞如此微小的直径依赖于所谓的“平均自由程”，即单个分子在与另一个相同物质分子相撞前所能行进的距离。

薄膜可以由微生物地杆菌产生的导电蛋白纳米线制成，薄膜的底部和顶部各有一个电极。当蛋白纳米线与电极相连后，就可以利用薄膜从空气中吸收水分，水分子被分解成氢离子和氧离子，导致电荷在薄膜顶部距离，利用两个电极形成的电荷差让电子流动，从而产生电能。

空气中到处都飘浮着水分子，它们的平均自由程在100纳米左右。当潮湿的空气通过空气发电机材料的小孔时，水分子会先直接接触薄膜中一个上层洞穴，然后再接触一个下层洞穴。这样就造成了电荷非平衡，也就是电。

这是与风暴云闪电放电一样的物理学原理。虽然马萨诸塞大学阿默斯特分校的这个团队的产品所产生的电压与一次闪电释放的大约3亿伏电压相比微不足道，但其几百毫伏的持续能量在可扩展性和日常应用方面非常有前景。考虑到空气湿度能够在三维空间中扩散，这种材料的前景尤其值得关注。

从理论上讲，数千个空气发电机层可以互相叠加，从而在不增加整体占用空间的情况下增加设备的数量。据研究人员说，这样的产品可以为一般用途提供数千瓦功率的电力。

该团队希望通过提高工具的效率来减少所需设备的数量和占地面积。这可能是一个挑战。

用在哪里？

这种被称为“空气发电”的湿度发电技术可以在任何环境提供持续的清洁电力，因为它从始终存在的空气湿度中提取能量，不用依赖太阳能或风能。

这项技术未来可能会对可再生能源、气候变化和医疗领域产生重大影响。“它可以嵌入家庭的墙漆中，在城市周围未使用的空间中大规模制造，或者在办公室难以到达的区域。”

“空气发电机”可以 7 天 24 小时不间断地发电，而且过程中不需要外部电源，这种能源是无污染、可再生和低成本的。

研究人员表示，目前“空气发电机”已经能为小型电子设备供电。

来源：[5]

通过这项研究并基于过去的创新，研究人员声称，几乎所有的表面都可以通过复制风暴云的电学性能来变成发电机。不过，该技术的规模化生产问题仍待解决。

研究人员补充说，湿度越低意味着收获的能量就越少。空气干燥的冬天会比夏天产生更少的能量。

研究人员介绍说：“你可以把它想象成一个小型人造云。”

研究人员下一步计划，是让“空气发电机”实现为健身追踪器、智能手表等可穿戴设备供电，让这些设备不再需要传统的电池。他们还希望将其应用在手机上，让手机用户摆脱充电宝。而这项研究的最终的目的，则是开发能为房屋供电的大型系统。