由細菌製成的「活太陽能板」如何解決現代能源危機

德國萊比錫 —如果太陽能的下一次革命不是來自高科技矽板，而是來自地球上最小的居民，會怎麼樣？科學家發現，微生物可能是新一代再生能源技術的關鍵，該技術可以為設備提供動力，同時應對氣候變遷。

這項令人興奮的研究發表於環境科學與生態技術揭示了這些微型發電廠如何將陽光直接轉化為電能，為我們的生活提供了獨特的解決方案。

生物光電（BPV）代表了生物學和技術的創新融合，其中光合微生物充當活體太陽能電池板。與傳統太陽能電池不同，這些生物系統可以自我組裝、自我維護和自我修復，從長遠來看，使其更具永續性和成本效益。

這項研究的核心是一種非凡的微生物，稱為集胞藻屬（發音為 sin-eh-ko-sis-tis）。數十億年來，這些微生物已經完善了捕獲太陽能的藝術。它們可以分裂水分子，釋放可以轉化為電能的電子，同時也像植物一樣從空氣中去除二氧化碳。

德國萊比錫亥姆霍茲環境研究中心的研究人員研究了這些微生物發電的方式。他們的研究重點是了解電子如何流經細胞機器，以及如何優化過程以更好地產生能量。

現代的透過半導體材料將陽光直接轉化為電能。相較之下，生物光電系統利用生物體進行光合作用，將水分子分解成氧氣、質子和電子。然後，這些電子穿過細胞的內部機械，然後被電極收集，產生可用的電流。

科學家發現添加一種稱為鐵氰化物有助於將電子從微生物傳送到電極。這個過程與生物體的自然電子消耗途徑競爭，特別是與稱為黃酮類化合物通常可以保護細胞免受多餘能量的影響。了解這種競爭為提高系統效率提供了重要的見解。

令人驚訝的是，研究團隊發現收集電子並沒有顯著影響微生物的生長、呼吸或固定二氧化碳的能力。這項發現表明，這些活的太陽能電池板有可能發電，同時保持其自然生物功能，包括捕獲大氣中的二氧化碳。

一項特別有趣的發現表明，這些微生物可以調整其內部電子傳輸系統，以適應電力生產和重要的細胞過程。在某些條件下，多餘的電子可以重新用於發電，而不會影響其生存需求。

最值得注意的是，該研究表明生物光伏系統可能為向光過程中的一個常見問題提供優雅的解決方案：pH 調節。與其他生物電化學系統不同，這些活性太陽能板自然地保持穩定的 pH 平衡，可能減少對昂貴控制系統的需求。

展望未來，這項研究為 BPV 技術與現有生物技術應用的整合開闢了新的可能性。想像覆蓋有活太陽能板的建築物，不僅可以發電，還可以捕獲來自大氣，有助於能源生產和減緩氣候變遷。

「這項研究提供了對 BPV 系統中光合電子流的分子水平理解，為更高效的設計鋪平了道路，」作者解釋道。

雖然目前的功率輸出仍然低於傳統的太陽能電池板，但這些生物系統的自我維持性質及其作為碳彙的能力使它們成為有趣的替代品生產。隨著我們對這些微型發電廠的了解不斷加深，我們在尋求再生能源解決方案時越來越接近充分利用它們的潛力。