大肠杆菌竟能用于太阳能技术？而且能在阴天发电

shuszhao · 发表于 2018-7-12 08:53:55

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大肠杆菌为人与动物肠道中恶名昭彰的细菌，也是最常造成我们拉肚子的凶手。加拿大科学家突发奇想，让大肠杆菌摇身一变成太阳能材料，且该电池即使在阴天也一样能发电，成功解决太阳能只能用在日照充沛地区的弱点。
使用细菌、藻类与微生物发电的技术称为生物太阳能（Biophotovoltaic，BPV），利用有机物可行光合作用的特性来进行发电。以往科学家如果要开发生物太阳能，会将有机物中的染料提炼出来，但过程既昂贵又复杂，还可能用到有毒溶剂，并导致染料容易降解。
加拿大英属哥伦比亚大学（UBC）则选择将染料留在大肠杆菌中，并对大肠杆菌进行基因改造，让其生产出大量茄红素（lycopene），之后更在细菌上覆涂矿物质，让大肠杆菌变成另类的“半导体”，最后再将混合材料涂在玻璃表面来发电。
其中茄红素是能吸收大量可见光的色素，因此无论阳光是否充足都可有效将太阳光转换成电力，可望用在日照不多、长期处于阴天状态的地区，扩大太阳光电技术的应用范围。

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大肠杆菌。（Source：Flickr/NIAID CC BY 2.0）
该玻璃可用于太阳能电池阳极，每平方公分能产生的电流密度更是其他生物太阳能的两倍，达到 0.686 毫安，UBC 化学与生物工程教授 Vikramaditya Yadav 表示，团队已成功达成生物太阳能电池的最高电流密度纪录，且该染料生产成本也是旧有技术的 10%，希望充分优化之后可将该混合材料商业化。
不过该技术也有些障碍待突破，现在使用的半导体工艺会把大肠杆菌杀死，未来该团队会继续努力寻找延长寿命、让大肠杆菌无限生产染料的办法。研究已发表在《Small》期刊。
该技术并不是第一个生物太阳能技术，2016 年美国宾汉顿大学已使用蓝绿菌当作太阳能发电来源，蓝绿菌除了会在白天行光合作用释放出氧和电子，夜间的呼吸活动也同样会产生电子，让电池 24 小时都有电力可用。
2018 年 1 月英国剑桥大学也成功用绿藻打造生物太阳能电池，并透过双室 BPV 系统（two-chamber system），将生物太阳能电池的充电和供电两项核心过程分离，研究也指出，充电和供电需要的环境不太一样，像是充电系统需要暴露在阳光下才能有效运作，供电系统则虽然不需要阳光，但得有效地把电子转换成电流，建立双室系统能将两道程序独立，增加各自的效率以减少电损，最后也打造出功率密度为每平方公尺 0.5w 的生物太阳能电池。
太阳能材料无奇不有，虽然当前生物太阳能转换效率可能没有硅晶或是钙钛矿太阳能电池那么高，但由于材料便宜，同样也是有潜力的太阳能发展方向。