废弃玉米秸秆简单预处理过程图
所产电压为电子器件充电 东南大学供图
变废为宝是实现废弃秸秆资源化利用的理想状态，但也恰恰说明这并不是一件容易的事情。
东南大学能源与环境学院教授肖睿领衔的清洁能源团队改变思路，通过对废弃玉米秸秆进行简单的预处理，实现了玉米秸秆在全湿度环境下从空气中回收净水、并源源不断的产生直流电压，所产生的电压可以驱动电子计算器等电子器件，为废弃秸秆资源化利用提供了技术支撑。相关研究成果日前发表于《纳米能源》。
跳出原有思维框架
肖睿团队长期从事生物质能源的相关研究，“但之前的研究思维和方向相对传统”。论文通讯作者肖睿表示，要跳出原有思维框架，结合生物质材料的独特性能，寻找一些不同的研究思路。
利用空气湿度净水目前是国际研究热点领域，来自美国麻省理工学院等世界知名学府的科研人员报道了采用金属有机框架——MOF实现空气湿度净水。“考虑到MOF材料制作的成本与工艺复杂性，我们从丰富的生物废弃物出发，利用废弃秸秆多孔结构实现廉价的空气湿度净水。同时，我们在产水的过程中引入了微能源回收实现产电的工作。”肖睿告诉《中国科学报》。
废弃生物质本身也是自然产物，研究人员在研究过程中向自然学习，模拟和调控植物的蒸腾过程。
论文共同第一作者、东南大学能源与环境学院副研究员巩峰向《中国科学报》介绍，他们先将废弃玉米秸秆在开水中煮数个小时，去除其中的半纤维素组分，来提高玉米秸秆的亲水性；将煮后的玉米秸秆干燥后浸泡在商业碳素墨水中，使得墨水完全浸渍玉米秸秆，并渗透到玉米秸秆内部。
为了模拟植物的蒸腾作用，研究人员在一端滴上LiCl溶液，通过LiCl从空气中源源不断的吸收空气湿度，进而在玉米秸秆中形成稳定的水流，水流携带着电离出的氢离子运动到一端，形成稳定的电压和电流输出。
微能源回收利用新途径
目前，研究人员在实验中已验证了利用玉米秸秆发电器件对八位电子计算器、不同颜色的LED灯泡、以及手表等器件进行供电。
据巩峰介绍，他们工作最开始的出发点是为5G通信网络和万物互联的物联网低功耗器件提供一种新型的供电系统，能够在气候恶劣地区或偏远地区为低功耗器件提供稳定的微型电源，解决传统供电方式对环境的依赖。
“希望利用废弃生物质解决偏远地区或极端环境下的饮用水和能源短缺问题。”巩峰说。而利用丰富的废弃生物质实现了在多种环境下的净水与产电，也为净水产生和微能源回收利用提供了一种廉价、绿色、可持续的新途径。
不过，“目前我们的研究还处在初步阶段，所产生的电流和电压还比较小，应用的场景还比较有限。”肖睿说。
据悉，该团队目前正开展进一步研究，实现对电流电压的进一步提高，从而实现其更广泛和可靠的应用。同时，他们改进发电系统的结构设计，努力实现对更多低功耗器件的供电，并实现集成应用。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104922
版权声明：凡本网注明“来源：中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品，网站转载，请在正文上方注明来源和作者，且不得对内容作实质性改动；微信公众号、头条号等新媒体平台，转载请联系授权。邮箱：shouquan@stimes.cn。
