天津大学&浙江大学 Adv. Sci.:微藻衍生的全负碳水伏发电机
2024-04-29 来源:高分子科技
水伏效应可通过蒸发过程将微弱的环境能量转化为电能,近年来被广泛应用于自驱动传感、可穿戴电子器件、能源供给等领域。目前,水伏发电技术的研究多聚焦于通过材料设计来提升产电性能。然而,除产电性能外,基于水伏效应的蒸发发电机(WEG)的环境友好性需慎重考虑。与其他可再生能源技术一样,WEG的制备过程可能具有潜在的碳排放。从全生命周期计算角度分析,WEG在发电过程中的产生的碳排放可能超过耦合CCUS的传统燃煤发电技术。换句话说,WEG是否是一种清洁的能量转化技术还有待商榷。
图1 CWEG的设计理念
全生命周期计算表明:在产生1 W s的电能时,CWEG的CO2排放约为-10.4 g (图2a)。由此可见,CWEG可实现“负碳发电”。除蓝藻外,其他微藻,包括硅藻和小球藻也可以用来制备CWEG,并取得了良好的发电性能。值得注意的是,当CWEG的功率密度从1.1 mW m?2降低到0.1 mW m?2时,CWEG的CO2排放量从?93.4 g变化到?8.5 g (图2b)。该结果表明,CWEG的功率密度越低,负碳效益越好。然而,在相同的输出性能下,CWEG的功率密度越低,发电成本越高。因此,平衡CWEG的CO2排放量和成本也较为重要。
图2 (a) CWEG和其他WEG在整个生命周期内的CO2排放,及各部分在整个生命周期内的CO2排放比例;(b)不同功率密度(PD) CWEG的制造成本和CO2排放;(c) 50个串联的CWEG的开路电压和50个并联CWEG的短路电流
综上,这项工作不仅对新型水伏发电机的设计具有重要意义,还为微藻的资源化利用提供了新思路。
该工作近期以“Microalgae Film-Derived Water Evaporation-Induced Electricity Generator with Negative Carbon Emission”为题发表在著名国际期刊《Advanced Science》(IF =15.1)。本研究得到中国博士后面上基金、国家自然科学基金与国家重点研发计划的支持。
论文信息:
第一作者:许硕
通讯作者:刘宪华,于桢,孙晨
通讯单位:天津大学;浙江大学
https://doi.org/10.1002/advs.202400856
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