微生物所创建出新一代生物光伏系统


发布时间:2019-09-23 浏览量 35 views
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  发展和利用可再生能源是人类社会实现可持续发展的必由之路。作为地球上最丰富的可再生能源,太阳能利用的基础和应用研究具有重大的科学和现实意义。

  光伏发电是太阳能利用的主要形式,其技术核心是利用半导体材料将太阳能转化为电能。随着能量转化效率的不断提升和制造成本的不断降低,全球太阳能光伏装机容量累计已超过500 GW。但是,部分光伏材料含有毒元素,废弃太阳能电池板总量大且难以回收,且光伏器件制造过程涉及有毒有害化学品的使用。随着太阳能光伏的不断推广使用,其对环境的潜在负面冲击不可忽视。

  生物光伏(biophotovoltaics, BPV)为太阳能利用提供了一条生物学路径。生物光伏利用光合微生物(如蓝藻)作为光电转换材料,具有碳中性、良好的环境相容性和潜在低成本等特点,有望成为环境更加友好的新一代太阳能发电技术。

  然而,当前BPV系统的输出功率很低,比太阳能光伏低3个数量级以上。其主要原因是蓝藻等光合微生物虽然具有很高的光合效率,但产电活性很弱。在直接改造蓝藻以强化其产电活性方面,目前尚未有成功的报道。

  为了提高BPV光电转化效率,中国科学院微生物研究所李寅研究组另辟蹊径,设计并创建了一个具有定向电子流的合成微生物组,来解决蓝藻直接产电活性微弱的问题。

  该合成微生物组由一个能够将光能储存在d-乳酸的工程蓝藻和一个能够高效利用d-乳酸产电的希瓦氏菌组成(如图)。在这个合成微生物组中,d-乳酸是两种微生物间的能量载体。蓝藻吸收光能并固定CO2来合成能量载体d-乳酸,希瓦氏菌氧化d-乳酸进行产电,由此形成一条从光子到d-乳酸再到电能的定向电子流,完成从光能到化学能再到电能的能量转化过程。

  通过在遗传、环境和装置层面的设计、改造和优化,研究人员有效克服了两种微生物之间生理不相容的问题。由此创建的双菌生物光伏系统实现了高效、稳定的功率输出,其最大功率密度达到150 mW/m2,比目前的单菌生物光伏系统普遍提高10倍以上。采用连续流加培养方式,该双菌生物光伏系统可稳定实现长达40天以上的功率输出,且平均功率密度达到

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        文章来源: 科研信息网,于 2019-09-23,由 找我测 编辑发表 。

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