謝博識

首選楓樹發(fā)電

一棵樹能產(chǎn)生平均200多毫伏，也就是約0.2伏的電壓。麻省理工學(xué)院有人做過這個研究，將電極的一頭接在一棵樹中，另一頭接在這棵樹附近的土壤里，一年后得到了這個數(shù)據(jù)。

帕維茲對此很感興趣，他與華盛頓大學(xué)的助理教授奧蒂斯、本科生希摩斯等人組成了研究團(tuán)隊(duì)，帶著一堆發(fā)光二極管和其他電子元件走進(jìn)了深山老林，打算將“大樹發(fā)電”進(jìn)行到底。

大樹用什么來產(chǎn)生電流？起風(fēng)時，樹葉隨風(fēng)搖擺，此時可以利用動能發(fā)電；暴露在外的樹葉和樹枝每天都在不斷地進(jìn)行蒸騰作用，相比埋在土壤里的根部要低好幾攝氏度，此時利用溫差發(fā)電；樹木每天都在不停地進(jìn)行新陳代謝，這導(dǎo)致樹根處的土壤和附近土壤的pH值有所差異，帶電離子會在附近土壤和根部土壤之間不斷流動，可以利用這些帶電離子發(fā)電。

pH值差異的發(fā)電方式容易控制，實(shí)驗(yàn)也是從這種方式著手的。帕維茲的團(tuán)隊(duì)看中了楓樹肥碩的葉子，選擇將實(shí)驗(yàn)的第一個電極插入楓樹。

減耗是關(guān)鍵

“一棵樹的電壓可能低至20毫伏。它們雖然可以作為電源，但是電壓太低，無法給常規(guī)電池充電?！毖芯繉?shí)驗(yàn)剛開始，帕維茲就遇到了難題。他們須要借助電子器件，增加大樹的電壓。而且電子器件本身的耗能不可以太大，否則大樹好不容易發(fā)出的電都耗在這些器件上了。

“現(xiàn)有的普通電子器件，比如變壓器等，都不符合我們的要求?！迸辆S茲教授拉上Voltree Power公司，準(zhǔn)備DIY。

事實(shí)上，Voltree Power公司比帕維茲教授更早盯上大樹發(fā)電。公司的科學(xué)顧問、麻省理工學(xué)院的梅辛教授所作的研究也曾證實(shí)，樹木內(nèi)部系統(tǒng)通過做功維持固定的pH值差異，從而可驅(qū)動任何蓄能裝置用來采集電力。

兩組人都看好大樹作為新能源，并聯(lián)手開發(fā)出“納米級超低功耗能源采集器”“毫微瓦級時鐘電路”，這些為大樹發(fā)電量身定做的零部件刷新了電子元件功耗的“最低”記錄。

能源采集器的作用類似于升壓轉(zhuǎn)換器。通常應(yīng)用于汽車和消費(fèi)類電子產(chǎn)品的升壓轉(zhuǎn)換器的功率，動則上百瓦，而這里只有納米級——不是指大小，而是指能耗。用來增加大樹電壓的采集器，工作時的能耗只有10納瓦，也就是十億分之一瓦，而用來調(diào)節(jié)大樹發(fā)電時間的“時鐘電路”，休眠模式下功耗只有1納瓦，喚醒它只需要350毫伏的電壓，時鐘電路每隔幾秒鐘就被喚醒一次。

有了它們，大樹的電壓立即從20毫伏驟升至1.1伏，幾乎相當(dāng)于一節(jié)五號AA電池。

大樹發(fā)電防火災(zāi)

“大樹用自身的新陳代謝維持電壓，不論是白天黑夜，春夏秋冬，下雨或出太陽?！泵沸两淌谟X得，大樹的新陳代謝和電子元件這個組合，可以提供最穩(wěn)定的電壓和源源不斷的電流。

不用立電線桿，也省去了在地下鋪設(shè)管線的麻煩，公路翻修也不必拆了再建，用大樹取代路燈的想法很快就實(shí)現(xiàn)了。不僅如此，目前，利用大樹根部及附近土壤pH值差異發(fā)出的電已經(jīng)服務(wù)于美國林業(yè)局，用來給預(yù)測森林火災(zāi)和氣候的無線傳感網(wǎng)絡(luò)供電，而Voltree Power公司正是這個傳感網(wǎng)絡(luò)的專利所有者。

電極由特殊金屬制成，導(dǎo)線纏繞在樹干上，正負(fù)兩極將安裝在樹干上的傳感器與地下樹根處的電子系統(tǒng)連接起來，另外還有一根接地，插在樹根附近的土壤里。

在大樹發(fā)電之前，這樣的無線網(wǎng)絡(luò)依靠的是太陽能供電，這樣的方法有個弊端，就是須要通過清掃森林植被，接收太陽光。現(xiàn)在，“每英畝，我們只須要選擇4棵樹安裝傳感器。”這時的傳感器也經(jīng)過改進(jìn)，變得能耗超低，“新的超低功耗傳感器幾乎能夠通過任何樹木發(fā)送傳感數(shù)據(jù)”。

無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的大樹變成了一塊電池，電壓足以每天給一個傳感器充電4次，以傳送數(shù)據(jù)。研究人員計(jì)劃把傳感器數(shù)據(jù)從一個節(jié)點(diǎn)傳輸至另一個節(jié)點(diǎn)，直至抵達(dá)一個地區(qū)的氣象站，最后，該氣象站把來自各個樹上的傳感器讀數(shù)通過中繼發(fā)給中央火災(zāi)預(yù)測計(jì)算機(jī)。

當(dāng)然，大樹也跟人體一樣，新陳代謝有快有慢。根據(jù)它們的發(fā)電量，可以知道它的健康程度，須要定期檢查，調(diào)整傳感器的安裝，甚至隨時更換“電源”。雖然大樹路燈還沒有實(shí)現(xiàn)，但是至少它們發(fā)的電已經(jīng)可以為自己防御火災(zāi)了。