仿生学催生新能源

雅尼娜·拜纽什（Janine M. Benyus）
冈特·保利（Gunter A.M. Pauli）

仿生学就是通过对大自然的观察，从生物系统、物理性状和行为策略中汲取新产品设计的灵感。仿生学创新的经典例子就是维可牢（Velcro），俗称尼龙搭扣的发明。它的发明者乔治·德梅斯特拉尔（George de Mestral）发现，野蓟草种子带有钩刺，因此可以牢牢地附着在他爱犬的皮毛上。如今，我们以更加系统的方式观察大自然，希望能够为大量实际问题找到可持续的解决方案——现有的解决方案常常不是有害于环境，就是能效太低。我们相信，目前正是全球企业汲取大自然提供的某些创意，并实现赢利性发展的好时机。例如，染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cell，DSSC）就是一项很有意思的创新。
翻译：陈媛熙

DSSC的优势

DSSC材料可以收集光照角度极低的光线，因此无论日光强弱都能加以捕捉，并可以在酷热高温下工作（所有这些功能都让传统的光伏电池相形见绌）。硅片望而却步之处，它却畅行无阻：无论在垂直的表面，城市中低矮的遮阴处，还是在建筑物中心阳光照射不到的位置，以及沙漠或热带地区，它们都能工作。太阳能电池的进化就好比水生生物学会了在陆地上生存，从而开拓了一片广阔的新天地。

生物模型

我们需要的是某种像树叶一样，能够依靠自身的机制，进行奇妙的能量转换的东西。对植物光合作用的模仿促成了染料敏化太阳能电池的开发。

科学家迈克尔·格拉泽尔（Michael Gr?tzel）和布赖恩·奥里甘（Brian O'Regan）在两层玻璃板之间填入钌聚吡啶染料化合物（相当于树叶的叶绿素），日光将其中的电子激活；作为传输介质的二氧化钛载着激活的钌电子穿过待通电的装置运送至导电电极，再通过另一个电极将其送回，从而形成一个完整的回路；然后电解液给钌重新充电，开始下一轮的激活。

夏威夷濒危植物Kokia cookei的叶子

维可牢结构的放大图

Konarka公司的DSSC塑料薄膜

扩展太阳能电池市场

虽然目前DSSC的效率还比不上传统的光伏电池，但它的生产成本要比传统光伏电池低60%，而且功能更加丰富——人们可以通过一种类似于喷墨打印的流程，将它制作成柔性薄膜或纤维。美国马萨诸塞州洛厄尔市（Lowell）的Konarka公司和澳大利亚新南威尔士州的Dyesol公司在这方面堪称佼佼者，它们在DSSC材料及其制造技术方面率先取得了突破，在降低成本的同时，提高了产品性能。

大有前途的解决方案

低成本、无毒的太阳能采集器不仅可以在屋顶上工作，还能在垂直或弯曲的表面、阴影下，甚至室内发挥作用。当电网发生故障时，数百万个分布在各地的采集器既可以连成网络为整个社区供电，也可以独立供电。钢材制造商已经在进行测试，想办法将DSSC嵌入钢结构。想象一下金门大桥（Golden Gate Bridge）兼作发电厂会怎么样吧。

挑战传统电池

目前，DSSC还不能与传统电网竞争。但是，若作为小家电、玩具、手电筒和其他设备的动力来源，这项技术则完全可成为电池的理想替代品，它比电池更加经济——电池每千瓦小时的费用是电网电力的100倍，而且丢弃之后会造成严重的污染。

作者简介：雅尼娜·拜纽什，美国蒙大拿州米苏拉市的仿生学研究所（Biomimicry Institute）的所长，著有Biomimicry: Innovation Inspired by Nature（William Morrow出版社，1997年）一书。冈特·保利，零排放研究与行动组织（Zero Emissions Research and Initiatives，ZERI）的创始人兼首任总裁，该组织建立起了一个汇聚世界各地的科学和商业创新人员的全球网络。保利已出版了17本著作。

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