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日本工程师连接1,500箱土壤为800个LED供电
我们可以用土壤发电吗？可以，但它有不同的应用场景。
来源:ZME科学日本的一个小实验室在夜间发光，但它的电力并非来自电网。相反，大约1,500个装满土壤和堆肥的木箱正在帮助为其800个LED灯供电。
这个不寻常的实验来自日本工程师中川聪，他正在探索当电极与普通材料相互作用时产生的微小电量是否可以被收集并加以利用。
这个想法不是用泥土取代发电厂，因为我们说的是非常小的电量。重点是在难以提供常规电力的地方让极小量的电力变得有用。
中川称他的方法为微电力收集（MPC）。他认为这种微小来源最终可以帮助为传感器、应急设备和其他低能耗设备供电，而无需依赖电网。
“随着人口向100亿迈进，能源问题将变得与粮食问题一样关键。即使只是一点小贡献，我也希望人们能够利用周围的土壤自己发电，”中川告诉法新社。
从微生物燃料电池到土壤和面包
中川的想法是在他研究微生物燃料电池时产生的，微生物燃料电池利用微生物分解有机物时产生电能。
他开始思考研究人员是否忽略了可以直接从土壤、泥浆和海水中收集的微小电流。这一认识促使他开发了MPC。
该系统利用了与亚历山德罗·伏打约在1800年开发的伏打电堆等早期电池相同的基本电化学原理。中川将锌和铜等材料制成的电极放入含有水分或离子的物质中。
当电极与这些材料相互作用时，电化学反应使电子移动并产生微弱、持续的电流。基本概念属于电化学和电池技术的同一更广泛领域。令人惊讶的是有多少种不同的材料可以参与这个过程。
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“我们在实验中已将电极插入超过4,000种不同的材料中，包括土壤、蔬菜、砖块、玻璃和贝壳，我们已经确认可以从各种物质中收集电力，”中川说。
然而，收集如此微弱的电流只是挑战的一半。中川的公司Tripod Design开发了一种电路，可以收集少量电力、积累足够的电荷、提高电压，然后释放储存的能量。这允许多个微小贡献被转化为更有用的电力输出。
数千个微小来源累积起来
中川已在茨城县常陆太田市的两个设施测试了这一概念。在Ku-An，1,500个土壤和堆肥箱点亮了约800个LED灯。附近的Lu-An于2025年开放，包含约2,000个装满土壤和堆肥的塑料圆柱体。
该系统已达到最大100瓦的输出，足以运行电饭煲和其他电器。通过MPC产生的电力储存在Tripod Design开发的特种电池中。
但这些数字也揭示了该技术的核心问题。单个单元产生的电力非常少，这意味着有用的输出需要许多单独来源协同工作。
由于目前的演示需要数千个独立单元才能产生有用的电量，该技术更自然地指向微电力应用而非大规模发电。
这可能正是该技术有意义的地方。
中川设想MPC驱动的传感器可以监测农田的虫害、检测河流泛滥或土壤坍塌，并保护空置建筑免遭非法入侵。
他还开发了一种类似护柱的独立节点，可以利用土壤产生的电力与卫星通信。这类设备只需要少量电力，可能使其在偏远地区或灾害导致电网中断后很有用。
该团队还试验了工业废物、建筑碎片和海洋塑料，提出了将一些废弃材料转化为小型能源系统组件而不仅仅是作为废物处理的可能性。
“其输出与普通电池或汽车电池相比明显逊色，”东京大学名誉工程学教授中尾正之说。
微电力可以发挥作用的地方
来自土壤的电力并非全新的想法。研究人员一直在开发土壤微生物燃料电池，利用微生物分解有机物并将电子转移到电极。
例如，在2019年的一项研究中，研究人员将微生物燃料电池直接放置在稻田土壤中，并将三个串联连接。该系统达到了每平方米29.42毫瓦的最大功率密度，并通过电容器为电子计时器供电了80小时。
最近，一项2026年的研究将10个土壤微生物燃料电池并联连接，产生约3.07毫瓦，并使用电源管理系统运行多传感器土壤监测设备。一次充电后，该系统在没有外部电源的情况下运行了超过250天，电源管理系统实现了约90%的能量转换效率。
中川的MPC源于他自己在微生物燃料电池方面的工作，但他的方法撒下了更广的网。他没有专注于微生物分解有机物产生的电力，而是在数千种不同材料中测试了电极，从土壤和食物到玻璃和建筑碎片。
这使得他的系统不再是寻找一种生物电力来源，而是为可以收集微小电流的地方找到有用的应用。
该技术在一个重要方面也比太阳能和风能具有优势。中川说它不依赖天气或一天中的时间。无论条件如何，它都可能继续产生其微小的输出。
他希望继续测试材料，并开发基于MPC的独立能源系统，可以在灾害相关的停电期间继续运行。此外，他认为MPC应该与其他能量收集技术协同工作，而不是与之竞争。
很明显，土壤无法成为发电厂的替代品。然而，如果可以收集、储存成千上万原本微不足道的电流，并正好在需要的地方使用，微电力可能会变得有价值，恰恰因为它要求如此之少。