大树有电

谢博识

首选枫树发电

一棵树能产生平均200多毫伏，也就是约0.2伏的电压。麻省理工学院有人做过这个研究，将电极的一头接在一棵树中，另一头接在这棵树附近的土壤里，一年后得到了这个数据。

帕维兹对此很感兴趣，他与华盛顿大学的助理教授奥蒂斯、本科生希摩斯等人组成了研究团队，带着一堆发光二极管和其他电子元件走进了深山老林，打算将“大树发电”进行到底。

大树用什么来产生电流？起风时，树叶随风摇摆，此时可以利用动能发电；暴露在外的树叶和树枝每天都在不断地进行蒸腾作用，相比埋在土壤里的根部要低好几摄氏度，此时利用温差发电；树木每天都在不停地进行新陈代谢，这导致树根处的土壤和附近土壤的pH值有所差异，带电离子会在附近土壤和根部土壤之间不断流动，可以利用这些带电离子发电。

pH值差异的发电方式容易控制，实验也是从这种方式着手的。帕维兹的团队看中了枫树肥硕的叶子，选择将实验的第一个电极插入枫树。

减耗是关键

“一棵树的电压可能低至20毫伏。它们虽然可以作为电源，但是电压太低，无法给常规电池充电。”研究实验刚开始，帕维兹就遇到了难题。他们须要借助电子器件，增加大树的电压。而且电子器件本身的耗能不可以太大，否则大树好不容易发出的电都耗在这些器件上了。

“现有的普通电子器件，比如变压器等，都不符合我们的要求。”帕维兹教授拉上Voltree Power公司，准备DIY。

事实上，Voltree Power公司比帕维兹教授更早盯上大树发电。公司的科学顾问、麻省理工学院的梅辛教授所作的研究也曾证实，树木内部系统通过做功维持固定的pH值差异，从而可驱动任何蓄能装置用来采集电力。

两组人都看好大树作为新能源，并联手开发出“纳米级超低功耗能源采集器”“毫微瓦级时钟电路”，这些为大树发电量身定做的零部件刷新了电子元件功耗的“最低”记录。

能源采集器的作用类似于升压转换器。通常应用于汽车和消费类电子产品的升压转换器的功率，动则上百瓦，而这里只有纳米级——不是指大小，而是指能耗。用来增加大树电压的采集器，工作时的能耗只有10纳瓦，也就是十亿分之一瓦，而用来调节大树发电时间的“时钟电路”，休眠模式下功耗只有1纳瓦，唤醒它只需要350毫伏的电压，时钟电路每隔几秒钟就被唤醒一次。

有了它们，大树的电压立即从20毫伏骤升至1.1伏，几乎相当于一节五号AA电池。

大树发电防火灾

“大树用自身的新陈代谢维持电压，不论是白天黑夜，春夏秋冬，下雨或出太阳。”梅辛教授觉得，大树的新陈代谢和电子元件这个组合，可以提供最稳定的电压和源源不断的电流。

不用立电线杆，也省去了在地下铺设管线的麻烦，公路翻修也不必拆了再建，用大树取代路灯的想法很快就实现了。不仅如此，目前，利用大树根部及附近土壤pH值差异发出的电已经服务于美国林业局，用来给预测森林火灾和气候的无线传感网络供电，而Voltree Power公司正是这个传感网络的专利所有者。

电极由特殊金属制成，导线缠绕在树干上，正负两极将安装在树干上的传感器与地下树根处的电子系统连接起来，另外还有一根接地，插在树根附近的土壤里。

在大树发电之前，这样的无线网络依靠的是太阳能供电，这样的方法有个弊端，就是须要通过清扫森林植被，接收太阳光。现在，“每英亩，我们只须要选择4棵树安装传感器。”这时的传感器也经过改进，变得能耗超低，“新的超低功耗传感器几乎能够通过任何树木发送传感数据”。

无线传感网络中的大树变成了一块电池，电压足以每天给一个传感器充电4次，以传送数据。研究人员计划把传感器数据从一个节点传输至另一个节点，直至抵达一个地区的气象站，最后，该气象站把来自各个树上的传感器读数通过中继发给中央火灾预测计算机。

当然，大树也跟人体一样，新陈代谢有快有慢。根据它们的发电量，可以知道它的健康程度，须要定期检查，调整传感器的安装，甚至随时更换“电源”。虽然大树路灯还没有实现，但是至少它们发的电已经可以为自己防御火灾了。