水伏效應(yīng)可通過蒸發(fā)過程將微弱的環(huán)境能量轉(zhuǎn)化為電能，近年來被廣泛應(yīng)用于自驅(qū)動傳感、可穿戴電子器件、能源供給等領(lǐng)域。目前，水伏發(fā)電技術(shù)的研究多聚焦于通過材料設(shè)計來提升產(chǎn)電性能。然而，除產(chǎn)電性能外，基于水伏效應(yīng)的蒸發(fā)發(fā)電機(jī)（WEG）的環(huán)境友好性需慎重考慮。與其他可再生能源技術(shù)一樣，WEG的制備過程可能具有潛在的碳排放。從全生命周期計算角度分析，WEG在發(fā)電過程中的產(chǎn)生的碳排放可能超過耦合CCUS的傳統(tǒng)燃煤發(fā)電技術(shù)。換句話說，WEG是否是一種清潔的能量轉(zhuǎn)化技術(shù)還有待商榷。
圖1 CWEG的設(shè)計理念
全生命周期計算表明：在產(chǎn)生1 W s的電能時，CWEG的CO2排放約為-10.4 g (圖2a)。由此可見，CWEG可實現(xiàn)“負(fù)碳發(fā)電”。除藍(lán)藻外，其他微藻，包括硅藻和小球藻也可以用來制備CWEG，并取得了良好的發(fā)電性能。值得注意的是，當(dāng)CWEG的功率密度從1.1 mW m?2降低到0.1 mW m?2時，CWEG的CO2排放量從?93.4 g變化到?8.5 g (圖2b)。該結(jié)果表明，CWEG的功率密度越低，負(fù)碳效益越好。然而，在相同的輸出性能下，CWEG的功率密度越低，發(fā)電成本越高。因此，平衡CWEG的CO2排放量和成本也較為重要。
綜上，這項工作不僅對新型水伏發(fā)電機(jī)的設(shè)計具有重要意義，還為微藻的資源化利用提供了新思路。
該工作近期以“Microalgae Film-Derived Water Evaporation-Induced Electricity Generator with Negative Carbon Emission”為題發(fā)表在著名國際期刊《Advanced Science》(IF =15.1)。本研究得到中國博士后面上基金、國家自然科學(xué)基金與國家重點研發(fā)計劃的支持。
論文信息：
第一作者：許碩
通訊作者：劉憲華，于楨，孫晨
通訊單位：天津大學(xué)；浙江大學(xué)
https://doi.org/10.1002/advs.202400856
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