土豆发电：有望解决人类未来能源问题
北京时间11月19日消息，对于土豆，不同人可能都有各自喜欢的烹调方法，但哈伊姆·拉宾诺维茨(HaimRabinowitch)则想得更远。在过去几年，拉宾诺维茨及其同事一直在推动“土豆电源”的构想，试图用此来使人们放弃使用电网的能源。他们声称，利用简单廉价的金属片、电线和LED灯泡，就可以为世界各地偏远的小镇和村庄提供照明。
他们发现了一种能让土豆发电的简单，却又十分聪明的方法。来自耶路撒冷希伯来大学的拉宾诺维茨说：“一颗土豆就足够为一个房间的LED灯泡提供40天的电能。”这种说法看似夸张，但其实有着合理的科学依据。不过，拉宾诺维茨及其团队已经发现，真正将土豆发电应用到现实生活中远比初看起来复杂得多。
在拉宾诺维茨及其团队发现土豆能产生超乎寻常的电能之时，高中的物理课程上还在教授着电池工作的机理。将有机材料制成电池，你只需要两块金属，一块作为阳极，是电势低的电极，如锌；另一块作为阴极，是带正电荷的电极，如金属铜。土豆内部的酸性物质会与锌和同发生化学反应，当电子从一端流向另一端时，电能就释放了。
1780年，路易吉·伽伐尼(LuigiGalvani)发现了这一机制，他将两片金属连接到青蛙的腿上，导致青蛙的肌肉抽搐。这种“动物电”也可以在动物体外被复制，你可以在两块金属极之间放上许多其他物质，获得同样的效果。与路易吉·伽伐尼同时代的亚历山德罗·伏打(AlexanderVolta)用的是浸盐水的纸。还有人曾制作出“泥土电池”，利用两个金属片和一堆土，或许还得加上一桶水。
超级土豆
在高中科学课堂上，土豆常常被用来教授这些基本的原理。然而，使拉宾诺维茨感到意外的是，还没有人试过将土豆作为能量来源进行科学的研究。因此，2010年，他决定尝试一下，与他合作的是博士生亚历克斯·哥德堡(AlexGoldberg)，以及来自加州大学伯克利分校的博里斯·鲁宾斯基(BorisRubinsky)。
“我们查看了20种不同的土豆，”哥德堡解释道，“而且查看了它们的内部电阻，这使我们能够了解发热时会损失多少能量。”他们发现，简单地煮上八分钟，土豆内部的有机组织就会分解，使电阻降低，电子流动更加自由，从而产生更多的电能。他们还将土豆切成了4到5片，中间夹着锌片和铜片。哥德堡说：“我们发现这能使电能输出提高到10倍，这使其出奇地经济实用，因为成本降低了。”
“这是种低电压能，”拉宾诺维茨说，“但已经足够打造一块能给手机或笔记本充电的电池，特别是在那些没有电网覆盖，没有电能连接的地方。”他们的成本分析显示，一块土豆电池(一个煮过的土豆加上锌、铜电极组成)所产生的便携式电能成本为每千瓦时9美元，这比常见的1.5伏AA碱性电池或干电池便宜50倍，后者每千瓦时需要49到84美元。与发展中国家使用的煤油灯相比，土豆电池的成本也便宜了差不多6倍。
于是，我们就有了这样的疑问：为什么土豆电池还没有出现巨大的成功呢？
2010年，全世界共收获了惊人的324181889吨土豆。作为世界上最重要的非谷物粮食，土豆是131个国家中最重要的淀粉来源。土豆很便宜，易于存储，而且能保存很长时间。目前世界上有12亿人还无法享受电力带来的便利生活，一颗小小的土豆或许就是解决这一问题的答案——至少研究者是这么想的。“我们认为一些组织可能会感兴趣，”拉宾诺维茨说，“我们觉得，印度的政治家们可以在土豆上印上名字再分发出去，这些土豆电池的成本还不到1美元。”
然而，他们的实验已经过去了3年，为什么还没有政府、公司或其他组织认可土豆电池呢？拉宾诺维茨说：“答案很简单：他们根本就不了解。”不过，事实也许比这复杂得多。
首先，利用食物作为能源就是一大争议。联合国粮食和农业组织(FAO)负责自然资源的高级官员奥利维尔·杜波依斯(OlivierDubois)说，利用粮食作为能源——如用甘蔗生产生物燃料——必须避免削减食物储备，以及与农民竞争。
“你首先要看到：有没有足够用来吃的土豆？然后，我们在贩卖土豆获利的时候有没有与农民发生竞争？”他解释道，“因此，如果食用的土豆够了，商用的土豆够了，还有一些土豆剩下来，那好，这个主意就可以实现。”
在像肯尼亚这样的国家，土豆是仅次于玉蜀黍的第二大粮食作物。今年该国的农户共收获了差不多1000万吨土豆，但有约10%到20%由于缺乏通向市场的渠道，或者较差的存储条件及其他问题而损失掉。这些没能进入市场的土豆很适合用于制成土豆电池。
绝佳的应用例子
另一个例子是，在斯里兰卡，当地能获得的土豆既少又贵。因此凯拉尼亚大学的一个团队决定利用另一种原料来进行类似实验，这种材料就是在斯里兰卡常见的芭蕉。物理学家贾亚苏里亚(KDJayasuriya)及其同事发现，“煮”的技术同样可以用在芭蕉茎上，而最好的发电效果是在煮熟之后，再切碎这些芭蕉茎。通过这一方法，他们现在能够使一盏LED灯点亮超过500小时。贾亚苏里亚说：“我认为土豆产生的电流稍微稳定一些，但芭蕉的茎是免费的，是我们丢弃的东西。”
也有一些人对土豆能源的可行性有所怀疑。“实际上，土豆电池就像你在商店里买的其他常规电池一样，”美国马萨诸塞大学的德雷克·洛夫利(DerekLovley)说，“它只是用了不同的介质而已。”从原理上说，土豆并非电能的来源，实际上这些电视来自锌的腐蚀。洛夫利说：“它是有耗损的，金属随着时间推移会被腐蚀。”这就意味着你必须在一段时间后更换锌——当然还有土豆，或者芭蕉茎。
当然，在许多发展中国家中锌还是很便宜的，而且贾亚苏里亚认为，这种电池比起煤油灯来更加节省成本。一根锌电极可以使用大约5个月的时间，成本相当于1升煤油，而这些煤油只能供普通的斯里兰卡家庭使用两天。另一方面，你也可以使用其他电极，如镁或铁。
不过，倡导土豆电池的人还需要克服另一个问题：消费者对土豆的感觉。相对于其他现代技术，如太阳能等，土豆作为能量来源看起来并不十分吸引人。OneDegreeSolar是一家在肯尼亚销售微型太阳能家庭系统的公司，其创立者GauravManchanda说，人们购买他们的产品时，考虑的不仅仅是成本和价格。他解释道：“他们需要看到这里面的价值，不仅是产品的展示，还有性能。”而且，基本上，有些人也不想向他的邻居显摆一个土豆电池。
当然，我们不能否认土豆电池的构想是可行的，而且成本相当低廉，但要真正投入到现实生活中，还需要相当长一段过程。
