小議植物發電機與電肥

陳志怡

（畢節職業技術學院，貴州 畢節 551700）

植物與電有著密切的關系，雷電的產生與植物有關，利用植物的光合作用，可以制造“生物光伏電池”，以植物為載體，把光能轉化為電能，并且，電場還能作為一種肥料，促進植物的生長。

1 雷電的產生與植物有關

你可知道:為什么在夏季下雨時多雷電,而在冬季降雪時極少有雷電，為什么兩極地區和凍土帶沒有閃電，為什么海洋和沙漠上雷鳴是那樣稀少，據科學家分析,這些現象都與植物有關。所有的花粉都帶有正電荷，雌蕊都帶負電荷，而雷電也是正電與負電接觸的結果，全世界的所有的植物每年蒸發到空氣里的芳香物質據統計有1.5億噸。每一滴芳香物質都帶有正電荷，以便把水汽吸引到自己身上，這樣，就形成了一個把芳香物質包在核心的水汽罩。它們一點一滴，越聚越多，最終就可以形成發出電閃雷鳴的大塊云團。地球各大洲上空，每秒鐘大約發生100次閃電，據說如果把這些電聚集起來，可以得到功率為1億千瓦的強大電荷。這正是植物每年散發到空氣中的數百萬噸芳香物質所帶走的那部分能量。

2 植物也可以作為發電機

我們知道風力發電、水力發電，火力發電、核電，太陽能發電，但是你有沒有聽說過植物也可以發電？其實，近年來法國與其他地中海沿岸國家一道，積極開展了植物發電的試驗研究。

2.1 植物發電原理

植物進行光合作用時，葉綠素不但能把水分解為氫和氧，而且還能把氫分解為帶電荷的氫離子和帶負電荷的電子。此時，植物體內會有電流產生，然后白白地消耗掉了。如果用人工的方法控制這個產生電流的過程，就可以積累植物中的電量，為人們提供生活和工業所需的用電。

2.2 植物發電的可行性

科學家做過一個有趣的實驗：他們利用綠葉在早晨八九點鐘太陽光照射下的光電效應，用一個特定的儀器和靈敏度極高的微型電流表竟然測出15微安的電流。雖然15微安的電流極其微小，但如果綠葉受光面積增大，則綠葉所發的電流也可增強。從這一實驗得到的啟發是，綠葉可以發電。

幾年前，為了驗證植物葉綠素發電的可行性，日本科學家進行了一個特別的實驗。研究人員把從菠菜葉內提取的葉綠素與卵磷脂混合，涂在透明的氧化錫結晶片上，用它作為正極安置在“透明電池”中，當它被太陽光照射時，就會產生電流。研究表明，用葉綠素制造的電池能把太陽能的30%轉換成電能，而現有的多數太陽能電池板僅能把10%～20%的太陽能轉變為電能。因此，研究人員認為利用植物進行太陽能發電應該比太陽能電池板發電的潛力更大。

研究人員把利用植物進行太陽能發電的方式稱作“生物光伏發電”，然而，日本研究人員制造的生物光伏電池不能持久發電，因為用于制造電池的葉綠素與卵磷脂都是從植物中提取出來的有機物，離開植物的生存環境后很容易分解而失去吸收太陽能的功效。

英國劍橋大學的研究人員改進了日本研究人員的發電技術，利用活的植物發電，比如，研究人員在一些植物盆栽中設置一些電極，就可以及時搜集植物在進行光合作用時產生的電量。根據目前進行的實驗，一盆直徑1米的蕨類植物可以產生100瓦的電力，在陽光燦爛的日子一天可以產生將近1度電。蕨類植物對生長所需的土壤肥力要求不高，管理起來十分方便，生長也很迅速，比較適合用作發電。

除了蕨類植物外，研究人員更看好的是各種藻類植物，藻類生長和擴張都很迅速，對環境的要求更低，分布廣，斯坦福大學的Ryu和他的同事們制造出了寬度只有數十納米的金質電極，將其插進綠藻細胞當中。這么小的電極不會對綠藻細胞造成致命損傷，有彈性的細胞膜會封住電極，葉綠體會正常工作，但是所產生的電子卻會被電極吸走而形成電流。每個綠藻僅能夠產生一兆分之一安培的電流，幾乎完全可以忽略不計。但是Ryu希望通過“螞蟻雄兵”的策略來讓這種方法顯得有些可行性。現在研究者們制造了一些細金絲，表面有著向著同一個方向傾斜的微小尖刺。當含有大量綠藻的水逆著尖刺的傾斜方向流過時，綠藻就會被掛在尖刺上，變成了一個微小的電池。通過這種方式，研究者們已經能在一小時內生產出大約與一節普通電池相當的電量。

2.3 植物發電的前景

如果把植物光合作用的能量用于發電，必然會影響植物的生長。因此，在未來將主要用雜草和樹木來發電，不會用糧食作物、蔬菜和果樹來發電。和傳統的太陽能發電一樣，“生物光伏”發電也面臨著儲能的問題。也就是說，有陽光照射的時候，電能會源源不斷地產生并需要及時消耗，而在夜晚沒有陽光的時候則不會產生電能，需要用一些儲電設備來解決這個問題。

利用植物為載體使太陽能轉化為電能，相對于太陽能電池板來說，成本較低。研討者們正在尋找擁有更多葉綠體的植物，也在改良制作電極的工藝，盡管利用植物進行太陽能發電的技術剛剛起步，研究人員卻對它的前景十分看好。植物發電不但效率高，而且十分便捷，可以當地發電當地使用，不需要復雜的電網進行遠程輸電，尤其適合偏僻地區和災區。葉綠體的優點還在于無論是春夏秋冬、晴陰雨雪，它都能吸收光能并轉化為電能。

3 電肥

“電氣栽培”創始人是物理學家萊姆斯特倫，他進行了幾組田間實驗，把生長的植物置于上懸電線的電場中，其電壓梯度為10千伏/米，電線不直接與植物相連，但是小的電流能通過空氣中的離子到達植物。在這種條件下，植物生長茂盛，收成比預計高出半倍。萊姆斯特于1904年發表了他的研究結果。

英國帝國大學的植物生理學家貝萊克曼也做了相似的實驗。1915-1920年，他在英國三個不同區域對燕麥、大麥、冬小麥和車軸草-甘草雜交種進行了田間實驗。他每天以40-80千伏的電壓給電線充電6小時。在18組實驗中，14組顯示出增產，9組增產高于預期值30%.燕麥和大麥增產22%。盆栽作物的實驗也證實了這一點，玉米和大麥作物在電線下生長茂盛。當貝萊克曼使電線帶負電以及用交流電替代直流電時，植物茂長的效果依然存在。

植物和動物一樣都具有生物電，因為自然界是一個大電場，作物與大地緊密地連在一起，因而被充了電。科學家們觀察發現農作物體內的電位同大氣的電位差越大，農作物的光合作用越強。科學家們還做了一些有趣的實驗：將西瓜種子在75V電壓的稀鹽酸溶液中浸泡后，西瓜的含糖量增加了4%，產量提高了10%；又用220V電壓處理西紅柿，其果實中維生素C的含量增加7%，糖分增加2%，而產量增加了17%。

電場之所以能成為肥料，是由于生物體中的每一個細胞都是一個“微型電池”，電場能使它不斷“充電”。美國一位植物生理學家用微電極將1-2微安電流傳送給煙草的愈傷組織，結果生長速度增加約70%，栽培物新枝多5倍。將同一原理施用于蔬菜，結果生長周期縮短一半，產量增加了3-6倍。在黃瓜的長瓜期間給它施加90伏電壓，黃瓜可增產3倍。

[1] 高玉哲.植物與雷電[J].植物雜志，1988，04：80-83.

[2] 劉國信.植物發電：新的綠色能源[N].新民晚報，2003-1-1（2）.

[3] 范世忠.利用植物造福人類[J].發明與創新，2004，10.

[4] 劉國林，余炎.植物在電場中生長[J].國外科技動態，1998，04.