新型清洁能源

石涛 彭博涵 朱慧珠 李玉洁

摘 要：自工业化发展以来，人们对能源的需求越来越强烈，地球上大量的自然资源都将被发达国家所消耗，而且，很多资源在地球中都是不可再生、有限的，因此，人们在发电中想利用更多的资源展开。在开发新能源期间，微生物发电技术潜力巨大，对可持续发展能源具有重要的研究价值。而蓝藻是一种可以利用光合作用来产生电能的藻类，能够长时间不间断发电，消除了传统太阳能电池对于太阳的依赖，具有更广阔的应用前景和推广可行性。

关键词：清洁能源;生物发电;蓝藻

1 清洁能源的重要性

一个国家的发展需要能源的支持，也是保证民生的根本，在科技发展推动下，人们对能源的依赖更加强烈，能源的直接或间接消费已深入到我們生活的各个方面。

在进行工业化进程中，能源的大量消耗是发展的必然要求。目前，中国是世界上最大的发展中国家，在世界上，属于生产与消费能源的第二大国家，目前，中国正处于黄金发展阶段，需求能源量较大，而在持续供应能源的条件下，强力的支撑着经济的发展。

人类为了实现可持续发展的目标，就需要发展与应用可再生资源，太阳能作为地球上供应量最大的可再生能源，对其的研究与开发，有着巨大的现实和科学研究意义，太阳能、生物能以及风能是中国目前所应用的清洁型能源，太阳能环保清洁，零污染，其也是源源不断的存在，这样在能源更替中，因为其这种优点所在，使得它无法被取代，所以，捕获太阳中能源的技术也将成为当今社会发展的主题。

2 蓝藻发电——开辟清洁能源新领域

提到蓝藻，人们都会首先联想到那漂浮在湖泊里的、绿油油的、散发着恶臭的生物，“水华”现象都是由其所引起的，这种物质的存在，严重的威胁着我们的生存与健康，然而，这种大型单细胞核生物，因为可以完成产氧性光合作用以及悠久的发展历史，在地球建设中，其价值也不容忽视，在整个地球大气中，它以大气到无氧再到有氧状态发展，是好氧生物发展与进化的载体。可见，蓝藻光合作用的能力是非常强的，那么我们拓展思路，在生物质能发电的基础上更进一步，利用蓝藻来及进行光伏发电，岂不开辟出清洁能源的新的领域？

2.1 蓝藻光伏发电

在开发新能源的过程中，微生物发电技术其应用潜力巨大，是可持续发展和应用能源的重要助推器。现代光伏发电的技术核心是利用半导体材料将太阳能转化为电能，但部分光伏材料含有毒元素，会造成环境污染。而蓝藻是一种可以利用光合作用来产生电能的藻类，能够长时间不间断发电，消除了传统太阳能电池对于太阳的依赖，具有更广阔的应用前景和推广可行性。蓝藻低价，易获取，有益于环境，是没有任何重金属和塑料的可降解生物。蓝藻具有碳中性、良好的环境相容性，然而目前国内并没有类似使用蓝藻的光合作用来发电的项目。而这个想法可以最大限度的利用蓝藻细胞的光合作用，通过碳纳米管导电，源源不断地产生电能并收集电流。

2.2 蓝藻光伏发电可应用的领域

居家用电：将该产品可安装至房屋合适位置，例如屋层顶部，房屋外壁。见光充足，可满足发电条件即可。

新型房屋建设：将该产品设计安装成房屋墙壁，可设计安装并充当房屋的植物墙，不仅增大了房屋采光率，美观大方，而且可以家用供电。

污水处理厂：将该产品安装在厂区建筑物屋顶、沉淀池、生化池和接触池等处上面，实现土地的二次利用，污水处理厂业务稳定，保障了光伏发电的用电电量。

适用于各个水产养殖场水质处理，城市水区域环境治理，而且适用于居家发电，小功率产品用电。未来同等原理，向水产水质蓝藻检测处理发电发展，可适用于综合领域。

2.3 蓝藻光伏发电原理结构设计

该设计包括三个联通管道：循环管，发电管，繁殖管，电流收集装置，电能储存器，管溶液为一定浓度的蓝藻溶液，依靠微型叶轮驱动循环，将蓝藻分解酶放入发电管中的发电区域，发电管下端固定位置加一层半透膜，发电管内侧预先安装的碳纳米管，发电管与繁殖管中间的漫反射板可以保证发电管内外两侧管壁蓝藻有充足的光照，当发电管上部蓝藻充分进行光合作用后，酶解破坏细胞壁使内溶物流出，碳纳米管对光合作用产生的微电流通过微点纳米网将电流导出，储存于外部的蓄电池，进行微能量收集。此时发电管中蓝藻坏死死亡。繁殖管进行多代繁殖，在发电管与繁殖管交汇处混合，通过循环管作用，发电管为下一次繁殖提供所需的物质基础，繁殖管为下一次发电提供所需的细胞基础。

3 蓝藻光伏发电技术可行性

蓝藻含有藻蓝素和叶绿素，可以进行光合作用，叶绿素不但能把水分解为氢和氧，而且还能把氢分解为带电荷的氢离子和带负电荷的电子。如果用人工的方法控制这个产生电流的过程，就可以积累电量，为人们提供生活和工业所需的用电。所用材料简单，主要利用果胶酶、纤维素酶、半透膜、碳纳米管、开式叶轮、漫反射板、PC聚碳酸酯管及锂电池。在技术条件方面，学校提供优质的实验环境，专家老师团队进行全方位指导，学生团队之间协同合作，共同支撑该项目设计实验。蓝藻遍布，易寻找，所以蓝藻的可推行范围较广。

4 发展蓝藻光伏发电的意义

提高人们对新能源的认知，扩大新能源使用群体，改变我国在其他能源消费比例结构，减少对原煤和石油等传统能源的利用，降低对石油的依赖，减小因缺乏能源安全保障而产生的巨大压力。利用蓝藻易获取，价格低的优势将新能源成本降下来，打开新能源发展空间，加快科技技术进步。最大限度利用蓝藻细胞自身的光合作用，避免造成二次水体污染，还能够产生微电流来供其他装置利用。环保且效率很高，满足了人们对绿色新能源的追求。蓝藻光伏发电可以用在不同场合，针对治理河水藻类富营养化和污染，可面向城市的大小水域;针对蓝藻水质处理，可面向水产养殖领域。同时响应国家政策，发展蓝藻光伏发电有利于建成环境友好型国家。

参考文献：

[1]吴青海，张博，艾丽娟，侯宏伟，巫娅坤，任天瑞.蓝藻生物资源的开发与应用.作者单位：上海师范大学生命与环境科学学院，2011（09）.

[2]陈思嘉，郑文杰，杨芳.蓝藻对重金属的生物吸附研究进展.作者单位：暨南大学化学系暨南大学化学系.暨南大学化学系，2006（04）.