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生物质能无处不在
来源：中国科学报 &
到了2050年，人们也许都能够住上一种藻类发电建筑。如今，西班牙工程公司Arup 已经在德国汉堡开始了他们的“试验”。
由于全球气候变暖，环境压力加重，传统矿物燃料被视为终将被替代的污染能源，可再生的生物质能成为了科学家争相研究的对象，谁最先找到突破性技术，谁就将真正改变未来的能源格局。
全球首座藻类发电建筑开工
从德国汉堡这座“未来建筑”来看，藻类被装在正面长方形的遮阳板内，里面同时嵌有生物反应器。由于暴露在阳光下，藻类利用光合作用就可以产生许多生物量和热量，也能再次转化为电能，为建筑物提供所需的能源。因此，Arup称它为“活的建筑”。
对大众而言，藻类似乎总也摆脱不了制造水污染的形象，可它摇身一变，却成为了一种可再生能源。
不必惊讶，它与秸秆、粪便、垃圾、有机废水等一样，是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源——生物质能的载体，它们都可以利用自身特殊的化合作用而产生电能。
其实，它们的特性与人们熟悉的矿物燃料很相似，比如，最常见的就是通过燃烧能源林、秸秆等，将产生的热能最终转化成电能。
不过，与矿物燃料在燃烧过程中会排放出二氧化碳气体正相反，其生产过程会吸收大量二氧化碳，因而是实足的低碳燃料。
而在生物质能的队伍中，藻类还是显得有些与众不同。
藻类油脂成生物柴油
藻类是地球上最古老的植物，至今已有38亿年的历史，它也是地球上最早吸收二氧化碳、产生氧气的植物，世界上50%的二氧化碳被藻类吸收，50%的氧气由藻类释放，是减碳的“资深物质”。
更重要的是，藻类含有丰富的油脂。利用光合作用，藻类将二氧化碳转化为自身的生物质从而固定碳元素，再通过一定的诱导反应使藻类自身的碳物质转化为油脂，人们只需将藻类细胞内的油脂运到细胞外，进行提炼加工，就能制成生物柴油。要知道，液体燃料是最容易储存和运输的能源。
中国石油大学（北京）新能源研究中心特聘教授傅鹏程告诉《中国科学报》记者，藻类还是一种很聪明的生命机体。
正常藻类的生长过程以生物量的积累为主，藻的数量越积越多，可它们的含油量并不高。一旦它们受到环境胁迫时，比如养分被切断，那么，它们便开始转换生长模式，从生长的过程变成储能的过程，尽可能地把吸收到的养分转化成油脂存起来。傅鹏程形容，这就好比松鼠存松果过冬一般。人们便可以利用藻类的这个特性，获取更多的生物柴油。
据国外研究显示，同样单位面积的油料作物，藻类的产油率百倍于普通油料作物。况且它几乎在世界上任何有水的地方都能生长，生长周期短而寿命长。
如果将来自矿物燃料发电厂的废气直接通入微藻生产设备，既能生产能源，还能清洁空气。因此，藻类是未来矿物燃料最完美的替代者之一。
“不过，目前，藻类的筛选和培育，尤其是光合生化反应技术，并没有将藻类光合作用的转化效率提升至可进行产业化发展的水平。”
傅鹏程在夏威夷大学工作时，曾参与过美国国防部一个关于藻类发电应用的研究项目。研究者设想，在美国位于印度洋中央的一个军事基地上培育藻类，作为基地的能源补给，因为当地的气候条件非常适宜养殖藻类。遗憾的是，该想法最终也没有实现。
叶绿素让植物也带电
不知你是否听说过一种神奇的树，它们生长在印度，如果人们不小心碰到它的枝条，立刻就会产生像触电一样的难受感觉。也就是说，这种树自身就有发电和蓄电的本领。
更有意思的是，人们发现它的蓄电量还会随着时间的不同而发生变化，中午带的电量最多，晚上带的电量最少。因此，有人推测，这可能与阳光有关。
事实上，科学家已经发现，因为光合作用和叶绿素的存在，理论上，植物内部本身就有电流经过，也就是说，它们可以直接用来发电。
“当植物在进行光合作用时，叶绿素不但能把水分解为氢和氧，而且还能把氢分解为带正负电荷的粒子，也就是说，植物细胞内存在电子传递链。如果人为设置一个电容，让植物释放电子流出，向阳极运动，就能产生电能。”傅鹏程解释。
理论上，人们在植物盆栽中设置一些电极，就可以及时搜集植物在进行光合作用时产生的电量。
至于哪类植物更适合用来发电，英国剑桥大学的研究人员认为对生长环境要求不高，生长迅速的蕨类植物、藻类植物，甚至更原始的苔藓植物应该是不错的选择，法国的科学家则把目光对准了可以长到3米多高的菊科植物。
不过，傅鹏程告诉《中国科学报》记者，目前，植物自身能产生的电量实在太微弱了，微弱到人们用手根本触摸不到，这是因为光合作用的转化效率还很低。
有人说，每片叶片的面积虽小，叶绿素有限，但如果就整棵树的叶片面积而言，叶绿体的总量也是可观的。
可他指出，每一个植物体，甚至每一片叶子内的电流方向都是不同的，要让整棵树产生的电流最终都汇集到同一点还很难实现。
此前，韩国延世大学和斯坦福大学的科学家开发出了一种新型灯具，该灯采用直径仅为30纳米的电极和其他器件，利用藻细胞中的叶绿体获得电流来驱动灯泡。可包括设计师在内的很多人都认为，这款灯在2035年投入量产可能比较现实。
细菌电池可藏人体内
如果说，植物利用光合作用发电的效率还着实不能令人满意，那么，不需要阳光，就能直接将体内的化学能转换成电能的微生物就显得更靠谱些。
早在1910年，英国植物学家马克·皮特首先发现有几种细菌的培养液能够产生电流。傅鹏程解释，细菌发电的原理与植物电相似，只是它们的能量来源不同。微生物跟人一样，利用有机物作为碳源，尤其是它们最喜欢的葡萄糖，经过吸收、降解，转变成能量。
马萨诸塞州立大学的斯瓦德斯·查德乌里和德里克·拉威莱曾制作出一个细菌发电的原型机。那是一个有两个封闭空间的容器，每个空间内都有一个石墨电极。其中一个空间内放有一种地下细菌，它们在葡萄糖溶液中游动，在产生化学反应后分解为二氧化碳和电子，而电子被传输到附近的阳极，然后又通过外电路传送到另一块电极，形成电流。
2012年1月，美国宇航局甚至开始了一项关于微型行星探索机器人的细菌供电技术的初步研究。
目前，这类微生物燃料电池发电的基质主要是含有大量有机物的工业和生活污水，不过，科学家发现，我们的人体同样可以成为微生物发电的基质。
众所周知，人体的肠道内存在着大量菌群，一天三餐可以源源不断为其提供有机物，因此，它们正是具有产电能力的微生物。
而利用人体微生物发电，人们最先想到的供电对象恐怕就是心脏起搏器。
心脏起搏器的电池寿命决定了工作时长，只要人还活着，电池却消耗殆尽了，就不得不进行额外的手术更换电池。人体微生物发电恰恰可以弥补现有心脏起搏器电池的最大缺陷，因为，它的供电期限与人的寿命是一致的。
不过，在傅鹏程看来，与成熟的发电技术相比，细菌的产电效率依然太低，几乎不到10%。此外，电池的生产成本也非常高，性价比差，因此，该技术同样还无法达到资本投资的价值，自然还不能作为直接的能源来使用。
能源转化效率成最大瓶颈
由于二氧化碳和其他温室气体的逐年增多，全球气候变暖导致全球气温显着上升。因此，人们寄希望于光合技术和生物技术产品能够降低二氧化碳排放，从而减缓地球变暖。但是，诺贝尔化学奖获得者、德国马普生物物理研究所所长Hartmut Michel的观点是：不能。
国家发改委能源研究所研究员姜克隽告诉《中国科学报》记者，理由很简单，因为，当前光合作用的转化效率太低，储能又成为一大难题。
他表示，即使光伏电池在国内受到不少争议，它的太阳能平均转化效率最好能达到16%~17%。“生物质直接将内在化学能转化成电能的效率只有在高于该水平的前提下，才有可能进行应用推广。”
据他透露，美国已经研发成功能将光伏转换效率提升至40%的光伏电池。“那些听起来令人兴奋的新能源，只有突破性技术得以实现，才有可能真正改变未来的能源格局。现阶段，它们还依赖于基础性研究的进展。”（生物谷）
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极具潜力的磁控微生物技术取得新突破，是否意味着下一个十年的医药变革？导语：科学家们致力于开发出能穿透人体的微型机器人，而该种机器人或将成为未来医疗保健领域最具潜力的变革技术之一。然而，这项技术仍存在不足。近期，科学家们研发的一种由藻类制成的微型机器人解决了该技术存在的一些问题。微型医生著名的未来学家兼谷歌总工程师Ray Kurzweil曾经表示，2030年之前，纳米机器人或微型机器人将进入我们的身体。虽然这项技术意义重大，但这些纳米机器人是否能真正变成现实仍然受到许多条件的限制，比如如何给微型器件供电，如何引导机器人穿过身体，这些都是迎接我们的挑战。香港中文大学材料科学家张立率领的研究小组可能已经找到了解决这两个问题的有效办法。来自Science Robotics 杂志上的一篇研究报告中，张立和他的同事们将目光投向了一种名为“钝顶节螺藻”的微型藻类，该种藻类通常用作膳食补充剂。而解决上述问题的关键是用氧化铁纳米粒子涂覆螺旋藻。将藻类磁化为螺旋状或弹簧状的形状能为其提供最大的移动性，从而当它被磁场驱动而穿过人体时，不会对身体造成伤害。最重要的是，这些合成的微生物是完全生物相容的。它们会在几天甚至几小时内降解（这也取决于它们具有多少磁性涂层），所以不会伤害除癌细胞以外的细胞。在实验中，如果与磁化的海藻接触时间达到48小时，大约90％的肿瘤细胞都会被破坏，这是研究人员发现的一个意想不到的作用。微型机器人——治疗的曙光就像这些合成的藻类微型机器人一样，微型技术对人体的每个部位都显示出巨大的医疗潜力。微型技术还可以提供更有效的靶向治疗：当这些藻类微型机器人深入人体，我们可以通过观察其荧光标记或通过核磁共振（NMR）的医学成像工具很容易地监测和控制它们，从而更好地对疾病实时监控和治疗。
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