这种新装置似乎能从稀薄的空气中获取电力

马萨诸塞大学阿默斯特分校的一个跨学科科学家团队利用一种常见的细菌几乎凭空产生了令人惊讶的强电流。

“水分实际上含有一定量的电荷，”这项研究的作者、电气工程教授姚军说。他和他的同事利用这一事实发明了一种吸引周围水汽来发电的装置。他们称之为“空气发电机”。

他们的研究成果于周五发表在《自然》杂志上，这可能代表着我们朝着一种比传统电池更环保、比风能更稳定、比太阳能电池更节省空间的发电方法迈出了第一步。但在实现这一目标之前，我们还有很多工作要做。

该项目始于两年前，当时姚实验室的电气工程研究生刘晓萌发现他正在研究的原型开始出现意想不到的情况。即使没有给设备通电，他也能检测到功率输出。“我们最初非常困惑，”姚说。

该装置由细菌Geobacter sulfatereducens产生的蛋白质“纳米线”制成。它的导电特性一直是阿默斯特另一个实验室（微生物学家 Derek Lovley 的实验室）多年研究的主题，该项目是两个团队的合作项目。

经过测试和时间的积累，他们发现这一最初的发现并非偶然：蛋白质纳米线都可以做同样的事情，在适当的条件下产生可预测的电量。他们采用的配置是将一层纳米线薄膜夹在两个电极之间。顶部电极将部分薄膜暴露在空气中，以及空气中的水分中。

姚说，纳米线的化学性质对空气中的水分很有吸引力。薄膜中水含量的差异（表面附近的水较多，内部深处的水较少）导致薄膜不同点的电荷量不同。

姚和他的同事报告说，他们的微型设备目前可以产生 0.5 伏特的电能（双关语）。他们还连接了五个设备，总共产生 2.5 伏特的电能。尽管研究人员表示，该设备在相对湿度为 40-50% 时效果最佳（您的家中湿度应为 30% 至 50% 之间，这样才能达到理想的舒适度），但它在相对湿度为 20% 至 100% 之间仍会产生可检测到的电压。

姚在与该论文同时发表的评论中写道：“人类利用水发电的历史悠久。”你可以把这种装置看作是水坝的孙子，因为它依靠水的基本特性——从一个地方移动到另一个地方的能力——来发电。

就像这项新技术一样，水坝利用水位梯度发电。液体从水位高的地方（水库）流向水位低的地方（河流）。在流动过程中，水流推动涡轮机，进而产生电力。对于蛋白质纳米线而言，电力并非来自涡轮机，而是直接来自“水分梯度”。这就好像水坝可以从空气中抽取水，然后再将其推入涡轮机。电极能够传输这种电力。

但还有很多问题。首先，从姚的角度来看：他们设计的小型发电机能否扩大规模以产生有意义的电量？这意味着要研究将许多微型设备组合在一起所带来的工程问题，看看是否有可能在更大的设备中产生有意义的电压。进行这项研究需要更多资金，该团队正在努力争取这笔资金。

然后，还有如何制造足够多的蛋白质纳米线的问题。洛夫利和其他同事在一篇目前已预印但正在接受同行评审的论文中报告称，制造蛋白质纳米线的细菌很难大量生长和进行基因操控。据报道，他们使用一种易于培养的细菌大肠杆菌来培养蛋白质纳米线，并表示其结果与用硫还原型大肠杆菌产生的一样具有导电性。

人类不难找到利用空气发电的用途，但在我们能够猜测空气发电在实践中有多大用处之前，还有很多东西需要学习。而且，任何一种技术都不可能产生我们所有的能源，无论它在纸面上听起来多么神奇。但任何可能产生新可再生能源的研究都值得关注。

“我认为这是一份非常有趣的工作，”威斯康星大学麦迪逊分校的工程师王旭东说，他正在研究其他类型的非有机纳米线来获取能量。“看到新材料和新概念的出现提供可再生能源解决方案总是令人兴奋的。”