大樹有電

謝博識

首選楓樹發電

一棵樹能產生平均200多毫伏，也就是約0.2伏的電壓。麻省理工學院有人做過這個研究，將電極的一頭接在一棵樹中，另一頭接在這棵樹附近的土壤里，一年后得到了這個數據。

帕維茲對此很感興趣，他與華盛頓大學的助理教授奧蒂斯、本科生希摩斯等人組成了研究團隊，帶著一堆發光二極管和其他電子元件走進了深山老林，打算將“大樹發電”進行到底。

大樹用什么來產生電流？起風時，樹葉隨風搖擺，此時可以利用動能發電；暴露在外的樹葉和樹枝每天都在不斷地進行蒸騰作用，相比埋在土壤里的根部要低好幾攝氏度，此時利用溫差發電；樹木每天都在不停地進行新陳代謝，這導致樹根處的土壤和附近土壤的pH值有所差異，帶電離子會在附近土壤和根部土壤之間不斷流動，可以利用這些帶電離子發電。

pH值差異的發電方式容易控制，實驗也是從這種方式著手的。帕維茲的團隊看中了楓樹肥碩的葉子，選擇將實驗的第一個電極插入楓樹。

減耗是關鍵

“一棵樹的電壓可能低至20毫伏。它們雖然可以作為電源，但是電壓太低，無法給常規電池充電。”研究實驗剛開始，帕維茲就遇到了難題。他們須要借助電子器件，增加大樹的電壓。而且電子器件本身的耗能不可以太大，否則大樹好不容易發出的電都耗在這些器件上了。

“現有的普通電子器件，比如變壓器等，都不符合我們的要求?！迸辆S茲教授拉上Voltree Power公司，準備DIY。

事實上，Voltree Power公司比帕維茲教授更早盯上大樹發電。公司的科學顧問、麻省理工學院的梅辛教授所作的研究也曾證實，樹木內部系統通過做功維持固定的pH值差異，從而可驅動任何蓄能裝置用來采集電力。

兩組人都看好大樹作為新能源，并聯手開發出“納米級超低功耗能源采集器”“毫微瓦級時鐘電路”，這些為大樹發電量身定做的零部件刷新了電子元件功耗的“最低”記錄。

能源采集器的作用類似于升壓轉換器。通常應用于汽車和消費類電子產品的升壓轉換器的功率，動則上百瓦，而這里只有納米級——不是指大小，而是指能耗。用來增加大樹電壓的采集器，工作時的能耗只有10納瓦，也就是十億分之一瓦，而用來調節大樹發電時間的“時鐘電路”，休眠模式下功耗只有1納瓦，喚醒它只需要350毫伏的電壓，時鐘電路每隔幾秒鐘就被喚醒一次。

有了它們，大樹的電壓立即從20毫伏驟升至1.1伏，幾乎相當于一節五號AA電池。

大樹發電防火災

“大樹用自身的新陳代謝維持電壓，不論是白天黑夜，春夏秋冬，下雨或出太陽?！泵沸两淌谟X得，大樹的新陳代謝和電子元件這個組合，可以提供最穩定的電壓和源源不斷的電流。

不用立電線桿，也省去了在地下鋪設管線的麻煩，公路翻修也不必拆了再建，用大樹取代路燈的想法很快就實現了。不僅如此，目前，利用大樹根部及附近土壤pH值差異發出的電已經服務于美國林業局，用來給預測森林火災和氣候的無線傳感網絡供電，而Voltree Power公司正是這個傳感網絡的專利所有者。

電極由特殊金屬制成，導線纏繞在樹干上，正負兩極將安裝在樹干上的傳感器與地下樹根處的電子系統連接起來，另外還有一根接地，插在樹根附近的土壤里。

在大樹發電之前，這樣的無線網絡依靠的是太陽能供電，這樣的方法有個弊端，就是須要通過清掃森林植被，接收太陽光?，F在，“每英畝，我們只須要選擇4棵樹安裝傳感器?！边@時的傳感器也經過改進，變得能耗超低，“新的超低功耗傳感器幾乎能夠通過任何樹木發送傳感數據”。

無線傳感網絡中的大樹變成了一塊電池，電壓足以每天給一個傳感器充電4次，以傳送數據。研究人員計劃把傳感器數據從一個節點傳輸至另一個節點，直至抵達一個地區的氣象站，最后，該氣象站把來自各個樹上的傳感器讀數通過中繼發給中央火災預測計算機。

當然，大樹也跟人體一樣，新陳代謝有快有慢。根據它們的發電量，可以知道它的健康程度，須要定期檢查，調整傳感器的安裝，甚至隨時更換“電源”。雖然大樹路燈還沒有實現，但是至少它們發的電已經可以為自己防御火災了。