新型照明灯

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  19世纪初,英国一位化学家用2000节电池和两根炭棒,制成世界上第一盏弧光灯。但是由于这种灯产生的光线太强,只能安装在街道或广场上,普通家庭无法使用,因而未能得到推广。1879年10月21日,美国发明家爱迪生通过长期的反复试验,终于点燃了世界上第一盏有实用价值的电灯,从此电灯走进千家万户,照亮了人们的每一个夜晚。
  电灯是人造照明光源,然而随着能源的大量开发和利用,现在全人类正面临着资源匮乏、能源稀少的严酷现实,若电力不能可持续发展,那么电灯也将难以继续发光。随着科技的迅速发展,科学家们积极地探索、研发出各种新型的照明灯,为带来新的实际价值的同时,也让我们体会到新奇的乐趣。
  时至今日,全球仍有十几亿人不能正常用电,他们大多数在太阳落山后或靠煤油等生物燃料照明,但这样的燃料有害健康,而且还存在火灾隐患。据世界银行估计,由于用煤油照明,发展中国家中,有7.8亿妇女和儿童吸入烟雾,每天烟雾的吸入量相当于抽2包香烟,而60%的成年女性肺癌受害者,本身并不抽烟。烟雾还会造成眼部感染和白内障。燃烧煤油造成更直接的危险。仅在印度,一年就有250万人打翻煤油灯遭重度烧伤。发展中国家中,每年有数千人死于煤油事故,煤油价格很贵,烧煤油常常伴随着沉重的经济负担,单煤油照明一项目,能就花掉一个家庭10%到20%的收入,致使永远陷入勉强糊口的生活状态,而购买照明燃料的费用,成为他们的日常必需支出。
  为解决能源不足的问题,提供可持续的照明解决方案,人们发明太阳能照明设备,将太阳辐射能量转化成电能,虽然属于取之不尽用之不竭的能源,但对于许多贫困地区的人们来说,并不划算。太阳能电池板不仅贵,而且只能在阳光灿烂的时候才发电,没有持续性,听天由命。没有阳光时,能源必须储存在昂贵的电池中,而买一个低成本、配有内置可充电电池的太阳能灯,所需支付费用的三分之一,常花在这个电池上,每隔几年还要替换它。
  而近日,在伦敦的设计与创新组织Deciwatt,发明一款新型的电灯——重力灯,给贫困地区的人们带来新的希望。一个装满岩石、尘土或沙子等重物的袋子,渐渐拉动一根穿过发电机的绳子,使发电机产生电能,令照明灯发光。据重力灯设计者之一的瑞德福德介绍,该重力灯升起沙袋,拉绳子3秒钟,就可使LED灯泡亮上30分钟。此重力灯可为其他小功率灯泡提供电力,还可为收音机供电,或给电池充电。该设计团队正研究用重力灯技术为其他设备甚至手机提供电力。
  目前,Deciwatt组织已经筹集到超过预期目标三倍的资金,最初他们需要5.5万美元,承诺制造1000个重力灯,免费分发给非洲和印度的贫困社区。在呼吁民众资助这个项目近一个月时间,就筹集到183407美元的资金。他们说:“我们进行长期研究的最终目标是,让电力不足的地方用上这种成本非常低的电力网。即使非常边远的地区,也能用得上它。”
  在“新手发明者大会”上,来自美国弗吉尼亚州的克雷·毛尔顿发明一款“重力灯”获得了二等奖。该重力灯是由一个高度略大于4英尺(约1.21米)、由丙烯酸材料制作的柱状的灯具,打开灯具,操作者只需将灯上的重物从底端移到顶部,将其放进顶部的凹槽里,重物缓缓下降,带动转子旋转,产生电能,令二极管发光。这种灯具的光通量为600至800流明(相当于一个12瓦日光灯的亮度),能持续亮4小时。其亮度相当于一个12瓦的日光灯,使用寿命可达200年。
  海藻灯
  韩国延世大学和美国斯坦福大学的科学家,利用光合作用的海藻细胞产生电流。所谓光合作用是植物及其藻类和某些细菌,利用叶绿素在阳光的作用下,把经由气孔进入叶子内部的二氧化碳、水或硫化氢转化为葡萄糖等碳水化合物,同时释放氧气。这过程中关键的参与者就是被称为“细胞发电室”的叶绿体。在叶绿体内水被分解成氧气、质子、电子。阳光渗透进叶绿体,推动电子达到一定的能量水平,蛋白就可以迅速捕获到电子,并且在一系列蛋白的传递过程中,逐步积累电能,直至所有电能量在合成糖类时消耗殆尽。
  据此项研究的主导人柳在亨介绍,研究小组使用了专为探测细胞内部结构而设计的特质纳米金电极,将电极轻轻推进海藻细胞膜,让细胞膜封口包裹住,并保证海藻细胞处于存活状态。在电极推入进行光合作用的细胞时,电子能量被阳光激发,并达到最高水平,研究人员对其进行拦截,放置在海藻细胞的叶绿体内的金电极,快速吸出电子,从而生成电流。而且,这一发电过程只会生产质子和氧气,不会释放二氧化碳等其他的副产品。
  荷兰设计师Mike Thompson,受这一成果的启发,使用活海藻作为能量来源,设计出清洁、低碳的海藻灯。这些装在玻璃瓶里的海藻只需要水、阳光和二氧化碳便能生存。白天,把它放在阳光照射的地方,呼入二氧化碳,就可以产生能量,然后储存在电池里。待到夜晚,就可以被用来照明。
  就目前的研究程度来看,通过海藻发出的电能较微弱,但其聚集电子发电的效率大大超越现有的生物燃料,与太阳能电池的发电效率相当,有望达到100%的能量生成效率。如今,美国科学家投入大量精力,致力于对海藻发电的进一步研究,以助于摆脱严重依赖进口石油的窘迫,同时也帮助解决化石能源短缺和温室气体排放等全球性问题。
  树木、土壤灯
  如果有人跟你说,把电极插入树木中就获得电力,这似乎就是天方夜谭,但最近,美国麻省理工大学的安迪斯莫申领导的工作小组研究出,在树木自身新陈代谢的作用下,因树木和附近土壤中PH值不同,也能产生电流。
  但树木产生的电流太微弱,为了解决这一问题,他们设计了一种电压提升转换器,用来储存树木产生的电流能源,待储备足够的能源后,可以定时释放出1.1V的电压。随着时代发展,发电、储电等整套装置的电子元件会越来越小,耗能也越来越低,树木产生的电流在不久的将来极有可能被广泛的应用。此外,科学家认为,可以通过这些电子传感器,还可以监测这些树木自身的生理状态和周围的即时环境。
  在树木和土壤中,不单可以借助PH值而产生电流,还可以通过转换土壤中的电解质发电,有一款LED灯也是依附于树和土壤发电照明的,这个灯里面安装有“微生物燃料电池”,能够转换土壤中的电解质,成为可用能源供给LED灯,提供持续和几乎永恒的光。维护此灯的照明功能非常简单,即浇灌植物,只要有水就能保持电能的流动。
  除了树和土壤,“微生物燃料电池”还可以对被诱捕的苍蝇进行消化,产生电能,为另一款紫外线LED灯照明提供动力。室内电灯关闭时,紫外线LED灯开启,能够诱捕更多的苍蝇,获得更多原料来补充发电,并且发光的同时又能起到杀虫的作用。
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