藻類如何為微處理器供電？

採訪主持人絲凱拉·貝利2022年6月9日

思想領袖克里斯·豪Chris Howe 劍橋大學植物和微生物生物化學教授

AZoM採訪了克里斯·豪教授關於他對藍藻的研究。這些藻類能夠長時間為微處理器供電，這是自然能源生產的一個令人興奮的新突破。

請介紹一下你自己和你的研究背景，以及是什麼激發了你最近的研究？

我是劍橋大學的生物化學教授，在我近四十年的學術生涯中，我一直在研究光合作用。我們的工作範圍從觀察光合作用的進化，到理解光合作用背後的基本生化機制，再到利用光合作用。

你可以用一種藍細菌給微處理器供電。為什麼選擇了這種集胞藻，你是如何成功地為微處理器供電一整年的(包括黑暗的時候)？

集胞藻是一種被廣泛研究的光合細菌，也被稱為藍細菌或「藍綠藻」。藍藻幾乎無處不在，科學家們已經開發了一系列實驗工具來分析集胞藻及其工作原理。它無害，容易生長。它只需要陽光給它提供能量，所以我們能夠讓它運行很長時間，只是補充因蒸發而流失的水分。

雖然產生的能量是由光合作用驅動的，因此也是由陽光碟機動的，但在黑暗中，細胞會代謝它們在陽光下製造的化合物。這意味著它們可以在黑暗中繼續發電。

由藻類提供能量的迷你裝置。圖片:保羅·邦貝利博士

為什麼像這樣的光合細菌裝置以前沒有成功過？

我們和其他人已經成功地用這些設備的電力驅動其他東西，例如環境傳感器和led。這是我們第一次用它來驅動微處理器，據我們所知，以前沒有人這樣做過。我們的設備的一個額外的新穎特徵是使用鋁作為陽極，這可能有助於發電。

該設備目前能夠提供多少功率，有哪些因素限制？

我們將設備做得儘可能小，同時仍能為微處理器供電。所以這個設備平均只能提供略高於1微瓦的電能。這非常小，但足以運行微處理器。更大的設備將產生更多的電力，而限制電力的因素將包括外部因素，如陽光的數量，以及內部因素，如生物體收穫的陽光中有多少部分實際上可以轉化為電能。

劍橋大學生物化學系的Christopher Howe教授(左)和Paolo Bombelli博士帶著藻類和它驅動的裝置。圖片:劍橋大學

這項技術的可擴展性如何？將這些技術融入日常生活需要哪些進步？

其中一個問題是，我們是通過製造更大的設備來擴大規模，還是將許多設備連接在一起，或者兩者兼而有之。我們也想知道我們是否能控制藻類產生更多的能量。這些問題的答案將有助於我們了解它的可擴展性。擴大規模通常是科學上的一個挑戰。

隨著氣候和資源危機的逼近，研究人員致力於開發新的可持續能源實踐有多重要？

這非常重要——我們需要認識到，我們需要針對不同地點的多種解決方案。例如，一個能產生大量電力並能運行電網的系統在沒有電網基礎設施的偏遠地區可能沒有任何用處。在這些地方，更小的分布式系統可能更好。

就你個人而言，這項研究最讓你興奮的部分是什麼？

我一直對光合作用很著迷——小時候我經常做實驗，從花園裡生長的植物中提取色素。研究一個重要的自然現象(光合微生物產生細胞外電流)並試圖實現它是令人興奮的。

你和你的研究的下一步是什麼？

我們想更多地了解藻類如何輸出電子，以及我們如何能夠增強輸出。

我們也想嘗試一些「真實世界」的應用。我們認為這些設備在教育中非常有用。它們並不難製作，但可以用來幫助學校的學生了解更多關於光合作用的重要過程，以及學習更多關於可再生能源和環境問題的知識。

關於克里斯·豪教授Chris Howe

我整個學術生涯都在劍橋大學工作，自2005年以來一直是生物化學系的植物和微生物生物化學教授。我也是劍橋大學科珀斯克里斯蒂學院的研究員。我的工作一直專注於光合作用——光合作用系統的進化和功能，以及我們如何利用它們。除了這裡描述的工作，我們對支撐珊瑚礁的溝鞭藻特別感興趣。我們的目標是更多地了解為什麼它們與珊瑚宿主的關係會破裂，導致珊瑚漂白。