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生物光伏系统！会是未来的发展方向吗？

作者：浪一波
2019-09-28 21:21:46
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科研人员创建出新一代生物光伏系统

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。

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，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。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）。　

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135 mW/m2的较高水平，在产电时长、单装置输出功率两方面均达到了目前BPV系统的最高水平。　　

这是国际上利用具有定向电子流的合成微生物组创建生物光伏的首例报道，也是我国第一台生物光伏型装置。该研究证明了利用具有定向电子流的合成微生物组可以显著提高BPV光电转化效率，打破了人们对生物光伏效率和寿命难以提高的固有认识，为进一步提升BPV光电转化效率奠定了重要基础。　　