空气流动具有能量,人们可以利用它来发电「水力发电是利用水的什么进行发电的」

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利用大气湿度发电的蛋白质纳米线薄膜的图像。马萨诸塞大学阿默斯特分校（UMass Amherst）的研究人员说，该设备实际上可以凭空产生电能。图片：UMass Amherst/Yao and Lovley labs

UMass Amherst的科学家开发了一种设备，该设备使用天然蛋白质从空气中的水分中产生电能，他们说，这项新技术可能对可再生能源、气候变化以及医学的未来产生重大影响。

正如《自然》杂志今天报道的那样， UMass Amherst电气工程系姚军副教授和微生物学家德里克·洛夫利（Derek Lovley）的实验室已经制造出一种被称为“空气发电机（Air-gen）”的设备。带有由微生物Geobacter生产的导电蛋白纳米线。Air-gen将电极连接到蛋白质纳米线，从而从大气中自然存在的水蒸气产生电流。

姚军说：“我们实际上是凭空制造电力。Air-gen产生24/7的清洁能源。”。拥有超过三十年的先进的基于可持续生物的电子材料经验的洛夫利补充说：“这是迄今为止蛋白质纳米线最令人惊讶和激动人心的应用。”

姚军的实验室开发的新技术是无污染、可再生和低成本的。即使在湿度极低的地区（例如撒哈拉沙漠），它也可以发电。洛夫利说，与其他形式的可再生能源（包括太阳能和风能）相比，它具有显著优势，因为与其他可再生能源不同，Air-gen不需要阳光或风，“甚至可以在室内使用。”

研究人员解释说，Air-gen设备仅需要厚度小于10微米的蛋白质纳米线薄膜。膜的底部位于电极上，而仅覆盖部分纳米线膜的较小电极位于顶部。该膜吸收来自大气的水蒸气。蛋白质纳米线的电导率和表面化学的结合，再加上薄膜中纳米线之间的细孔，共同建立了在两个电极之间产生电流的条件。

研究人员说，当前一代的Air-gen设备能够为小型电子设备供电，他们希望很快将这项发明推向商业规模。他们计划的下一步包括开发一个小型的Air-gen“补丁”，该补丁可以为可穿戴电子设备供电，例如健康和健身监视器以及智能手表，这将消除对传统电池的需求。他们还希望将Air-gens应用于手机，以消除周期性充电。

姚军说：“最终的目标是制造大型系统。例如，该技术可能会整合到可以为您的房屋供电的墙面涂料中。或者，我们可能会开发独立的空气发电机来为房屋供电。一旦我们达到纳米线的工业规模生产，我希望我们可以制造大型系统，这将对可持续能源生产做出重大贡献。”

为了继续提高Geobacter的实用生物功能，洛夫利的实验室最近开发了一种新的微生物菌株，可以更快速，更便宜地批量生产蛋白质纳米线。他说：“我们将大肠杆菌变成了蛋白质纳米线工厂。通过这种新的可扩展流程，蛋白质纳米线的供应将不再成为开发这些应用的瓶颈。”

他们说，Air-gen的发现反映出一种不寻常的跨学科合作。洛夫利于30多年前在波托马克河的泥浆中发现了Geobacter微生物。他的实验室后来发现了其生产导电蛋白纳米线的能力。在加入UMass Amherst之前，姚军在哈佛大学工作了多年，在那里他用硅纳米线设计了电子设备。他们联合起来，看看是否可以用从Geobacter收集的蛋白质纳米线制造有用的电子设备。

刘晓萌（音），姚军实验室的博士学生，正在开发传感器设备，当时他发现了意外情况。他回忆说：“我发现当纳米线以特定方式与电极接触时，设备会产生电流。我发现暴露于大气湿度是必不可少的，蛋白质纳米线会吸附水，从而在设备上产生电压梯度。”

除了Air-gen，姚军的实验室还利用蛋白质纳米线开发了其他几种应用。姚军说：“这仅仅是基于蛋白质的电子设备新时代的开始。”