利用自然:引导光来储存能量

2015年12月2日

能量转换使我们能够利用能源进行有用的工作。无论是将储存的化学能(化石燃料)转化为热能，还是将光子(阳光)转化为电能，能源工业都依赖于能源的有效储存和转换。

在自然界中，整个生态系统是围绕可变和有限的能源构成的，这迫使生物体优化能量转换和存储，以确保它们的生存。因此，自然演化出了许多今天的企业几乎没有探索过的能源策略。

选择的策略

分布的转换

生态系统由易得、分布式和可再生能源驱动。个体生物利用太阳能、化学、风和重力势能-所有非集中的来源-来移动、感知、迁移和完成其他任务。枫树的种子随风传播;植物根系利用重力定位，引导根尖向下;生物利用它们周围的能量流。许多企业采取了类似的策略，依靠分布式可再生能源为其运营提供动力，从而降低了长期成本。产品的灵感来自使用现成的能源流动，包括生物动力系统的波浪和潮汐发电机。

化学存储

生物体依赖于短暂的、分布式的能源，这迫使它们以持久的化学燃料的形式储存捕获的能量。不像我们现在的电网产生能量以供即时消费，生物捕获能量，将其储存在化学键中，并在需要时消耗这些燃料。随着我们转向使用瞬态、可再生能源，我们的能源基础设施将需要类似的存储策略。在今天的发展中，由人工光合作用产生的太阳能燃料可以整合到我们当前的基础设施中，并拥有与生物燃料相同的有益特性。

燃料的多样性

我们大多数的汽车、发动机和发电厂都使用少量的化石燃料。相比之下，动物代谢的燃料来源多种多样，如脂肪、蛋白质和碳水化合物。一些微生物消耗的“燃料”范围更大，代谢纤维素、铁、硫化合物和氨。利用微生物的机制，研究人员正试图改进发动机和其他发电装置，以消耗更多种类的现成的可再生燃料。菌毛细胞就是一个例子，它利用特殊细菌的代谢活动来分解废水中的有机化合物，产生电力、有价值的化学物质和清洁的水。

现有产品

BioWave权力

海浪携带着大量的能量，但由于当前一代波浪能捕获设备面临的电力传输和寿命挑战，这种资源在很大程度上仍未被开发。生物动力系统这家澳大利亚可再生能源技术公司通过观察水生植物和藻类如何在海浪中摇摆而不受太大损害来解决这些问题。

他们开发了“生物波”系统，其特点是一个独特的“叶子”结构，由三个充气桨组成，固定在水下的杠杆上，随着波浪前后转动，产生电力。自动调节的o型驱动，一个液压动力转换器的基础，提供稳定的功率，尽管波动强度。当波浪强度过高时，桨叶会自动填充流体，使结构沉入海底的“安全”位置。一项耗资1500万美元的示范项目正在澳大利亚的仙子港进行，该项目将测试250千瓦的bioWAVE，为未来1MW的商业装置和波浪能农场铺平道路。

μ雾技术

利兹大学和康奈尔大学的研究人员开发了μMist平台技术，这是一种受到投弹甲虫防御机制启发的喷雾系统。使用一种独特的阀门系统，这种2厘米长(0.78英寸)的甲虫能够喷射沸腾液体脉冲，喷射距离可达它们身体长度的10倍。该团队研究了μMist阀门，与其他系统相比，该阀门可以使用更低的注入压力喷射小的蒸汽滴。

稳定均匀地输送小液滴的能力使内燃机能够更有效地将化学能转化为热能，从而实现更有效的燃烧循环，并减少温室气体排放。μMist的唯一授权方瑞典Biomimetics 3000公司与莲花和考斯沃斯这两家英国汽车公司合作，开发新的燃油喷射系统。该技术还应用于个人护理、药物输送和消防。

产品在开发中

纤毛细胞

来自制造业、食品加工和卫生设施的废水中的“废物”所含的能量大约是处理废水所用能量的10倍，而且废水处理是一个能源密集型过程。Pilus Cell是一种微生物燃料电池，由俄亥俄州的合成生物公司Pilus Energy开发，可以从废水中产生电力、清洁水和有价值的化学产品。

纤毛能源的技术利用转基因细菌分解废水中的有机分子，产生甲烷和异戊二烯等分子。Pilus Cell已被美国环保署测试与评估机构批准进行中试，以证明其在工业污水处理厂的潜在用途。Pilus Energy最近被Tauriga Sciences收购，Tauriga Sciences是一家多元化的生命科学公司。