到2035年,预计将有一万亿个物联网(IoT)连接设备。找到最有效和最可持续的方式为所有这些设备供电,是创新者和研究人员面临的关键挑战。
藻类是一种潜在的动力源,剑桥大学的研究人员最近对其进行了测试。剑桥团队建造了一个小型微处理器 Arm Cortex M0 +,其尺寸与AA电池相似。
该系统由普通,廉价且基本上可回收的材料制成,并使用一种无毒且广泛分布的藻类物种 Synechocystis 作为其动力来源。藻类通过光合作用从太阳自然收集能量,产生微小的电流,为微处理器供电。
在发表在《能源与环境科学》(Energy & Environmental Science)杂志上的一项研究中,研究人员发现,藻类可以连续一年地为微处理器供电,只使用环境光和水。
藻类是一类比较原始、古老的低等生物。藻类的构造简单,没有根、茎、叶的分化,多为单细胞、群体或多细胞的叶状体。如小球藻是单细胞,团藻属于群体,海带呈叶状体。藻类含叶绿素等光合色素,能进行光合作用,属自养型生物。
该研究的一个令人惊讶的发现是,藻类在黑暗时期继续产生电流,即使它们需要光来光合作用。研究人员认为,发生这种情况是因为藻类即使在没有光照的情况下,也能继续处理它通过光合作用产生的一些食物。
与电池不同,基于藻类的系统实际上会产生能量,而不是简单地储存它。剑桥大学生物化学系的 Christopher Howe 教授解释说:
“不断增长的物联网需要越来越多的电力,我们认为这必须来自可以产生能量的系统,而不是简单地像电池一样存储它,我们的光合作用设备不会像电池那样运行,因为它不断使用光作为能量来源。”
我们发现的其他藻类创新还包括:螯合碳的充满藻类的巨型池塘,使用藻类制成的智能生物塑料,以及使用黑藻染色的T恤。
物联网是指日益庞大的小型互联网连接设备网络,如智能手表和工业温度传感器。每个设备只需要非常少量的电力来收集和共享数据,研究人员认为,用锂离子电池为所有这些设备供电是不切实际的。锂的供应是有限的,开采金属涉及对环境有害的过程。
藻类可以提供一种可再生的替代品,研究中使用的微处理器是 Arm Cortex M0 +,这种模型已经广泛用于物联网设备。因此,该研究表明藻类能够为现有设备供电。
藻类植物约有3万种,主要分布于淡水或海水中,分为淡水藻类和海洋藻类两种,包括蓝藻门Cyanophyta、裸藻门Euglenophyta、甲藻门Pyrrophyta、金藻门Chrysophyta、黄藻门Xanthophyta、硅藻门Bacillariophyta、绿藻门Chlorophyta、红藻门Rhodophyta、褐藻门phaeophyta。
藻类具有叶绿素、能进行光合作用、营光能自养型生活的无根茎叶分化、无维管束、无胚的叶状体生物,又称原植体,一般生长在水体中。藻体大小差别很大,小的只有几微米,必须在显微镜下才能看到;较大的肉眼可见,最大体长达100米以上。