UMass Amherst发现“凭空产生”电力的新绿色技术

麻省大学阿默斯特分校的科研人员开发了一种设备，该设备使用天然蛋白质从空气中的水分中产生电能，他们说，这项新技术可能对可再生能源，气候变化以及未来发展产生重大影响。

位于麻省大学安马斯特分校的电气工程师姚俊和微生物学家Derek Lovley的实验室已经创建了一种被称为“空气发生器”的设备或者叫气动发电机，带有由微生物Geobacter生产的导电蛋白质纳米线。空气源将电极连接到蛋白质纳米线，使得从大气中自然存在的水蒸气产生电流。

姚俊说：“我们实际上是凭空制造出来的电力” “ Air-gen产生24/7的清洁能源。” Lovely拥有超过三十年的先进的基于可持续生物的电子材料，他补充说：“这是迄今为止蛋白质纳米线最令人惊讶和激动人心的应用。”

姚俊的实验室开发的新技术是无污染，可再生和低成本的。即使在湿度极低的地区，例如沙漠环境，它也可以发电。Lovley说，与其它形式的可再生能源（包括太阳能和风能）相比，它更加具有显著的优势，因为与其它可再生能源不同，Air-gen不需要阳光或风，“甚至可以在室内使用”。

研究人员解释说，Air-gen设备仅需要厚度小于10微米的蛋白质纳米线薄膜。薄膜的底部位于电极上，而仅覆盖部分纳米线薄膜的较小电极位于顶部。该膜吸收来自大气的水蒸气。蛋白质纳米线的电导率和表面化学的结合，再加上薄膜中纳米线之间的细孔，共同建立了在两个电极之间产生电流的条件。

研究人员说，当前一代的Air-gen设备能够为小型电子设备供电，他们希望很快将这项发明推向商业规模。他们计划的下一步包括开发一个小型的Air-gen“补丁”，该补丁可以为电子可穿戴设备供电，例如健康和健身监视器以及智能手表，这将消除对传统电池的需求。他们还希望开发Air-gens应用于手机，以消除周期性充电。

姚俊说：“最终目标是制造大规模系统，例如：该技术可能会整合到墙面涂料中，从而为您的房屋供电，或者我们可能会开发独立的气动发电机来为电网供电，一旦我们达到线材生产的工业规模，我完全希望我们可以制造出将对可持续能源生产做出重大贡献的大型系统。”

为了继续提高Geobacter的实用生物功能，Lovley的实验室最近开发了一种新的微生物菌株，可以更快速，更便宜地批量生产蛋白质纳米线。他说：“我们将大肠杆菌变成了蛋白质纳米线工厂。” “通过这种新的可扩展流程，蛋白质纳米线的供应将不再成为开发这些应用程序的瓶颈。”

他们说，航空发电机的发现反映了一种不同寻常的跨学科合作。30多年前，洛夫利在波托马克河的淤泥中发现了地杆菌，他的实验室后来发现了它生产导电蛋白纳米线的能力。在来到麻省大学阿默斯特分校之前，姚俊曾在哈佛大学工作多年，在那里他用硅纳米线设计电子设备，他们联手研究能否用从地杆菌中提取的蛋白质纳米线制造出有用的电子设备。

姚博士和实验室的一名学生正在开发传感器设备，当时他发现了意外情况。他回忆说：“我看到，当纳米线以特定方式与电极接触时，设备会产生电流。我发现暴露于大气湿度是必不可少的，蛋白质纳米线会吸附水，从而在整个设备上产生电压梯度。”

除了Air-gen，姚俊的实验室还利用蛋白质纳米线开发了其他几种应用程序。姚俊说：“这仅仅是基于蛋白质的电子设备新时代的开始。”

这项研究得到了麻省大学阿默斯特分校技术商业化和风险投资办公室的种子基金的部分支持，以及校园自然科学学院的研究开发资金的支持。