為什麼細菌能發電
提起發電，你肯定會聯想到水力、火力、風力、核能和太陽能等。你可能想不到，作為微生物的細菌其實也能發電。英國植物學家馬克-皮特在1910年首先發現有幾種細菌的培養液能夠產生電流。於是他以鉑作電極，放進大腸杆菌或普通醇母菌的培養液裏，成功地製造出世界上第一個細菌電池。1984年，美國設計出一種供遨遊太空使用的細菌電池，其電極的活性物質是宇航員的尿液和活細菌，不過放電率較低。直到本世紀80年代末，英國化學家彼得-彭托在細菌發電研究方麵才取得了重大進展。他讓細菌在電池組裏分解分子，以釋放出電子向陽極運動產生電能。在糖液中，他還添加了某些諸如染料之類的芳香族化合物作稀釋劑，來提高生物係統中輸送電子的能力。在細菌發電期間，還要往電池裏不斷充入空氣，用以攪拌細菌培養液和氧化物質的混合物。據計算，利用這種細菌電池，每100克糖可獲得135.239×10.4庫倉的電，其效率可達40%。這已遠高於目前使用的電池的效率，何況其還有再提高10%的潛力可挖。隻要不斷給這種細菌電池裏添入糖，就可獲得2安培的電流，且能持續數月之久。利用這種細菌發電原理，還可以建立細菌發電站。計算表明，一個功率為1000千瓦的細菌發電站，僅需要1000立方米體積的細菌培養液，每小時消耗200千克糖即可維持其運轉發電。而這種電站是一種不汙染環境的“綠色”電站，其運轉產生的廢物基本上是二氧化碳和水。細菌發電雖頗具前景，但其需要消耗大量的糖，這不僅增高了發電成本，而且似乎有些暴餮天物。不過，細菌發電所用的糖完全可以用諸如鋸末、秸杆、落葉等廢有機物的水解物來替代，也可以利用分解化學工業廢物如無用聚合物來發電。
此外，獨具一格的各種細菌電池也相繼問世。有人設計出一種綜合細菌電池，即由電池裏的單細胞藻類首先利用太陽光將二氧化碳和水轉化成糖，再讓細菌自給自足地利用這些糖來發電。日本研製成的細菌電池則是將兩種細菌放入電池的特製糖漿中，讓一種細菌吞食糖漿產生醋酸和有機酸，而讓另一種細菌將這些酸類轉化成氫氣，由氫氣進入磷酸燃料電池發電。而英國牛津大學則發明出一種以甲醇為電池液、以醇脫氫酶鉑金為電極的細菌電池。人們驚奇地發現，細菌還具有捕捉太陽能並把它直接轉化成電能的“特異功能”。最近，美國加利福尼亞大學和美國國家航空航天局的科學家們在死海和大鹽湖裏找到一種嗜鹽杆菌，它們含有一種紫色素，在其把所接受的大約10%的陽光轉化成化學能時，即可產生電荷。科學家們已利用它們製成了一個小型實驗性太陽能細菌電池，這種電池可產生出幾分之一伏特的電。顯然，細菌必將會成為未來的能源“新星”。向細菌要電力，將會使我們永無能源枯竭之虞。下個世紀人類將怎樣開采和利用地熱
在查明地熱資源的基礎上，要製定地熱田的開發方案，然後進行地熱開采。由於地熱的生成條件複雜，又是地下工程，有時不是單一熱水，常為多相物質混合，特別是高溫高壓熱田，井噴高度可達百米，有的地熱水含有多種元素，包括有害和結垢腐蝕成分。因此，地熱開采十分奧秘，技術性強。一般地熱開采還要注意動態觀察，要控製地下水位變化，不可過量開采，否則不僅會破壞地熱資源，甚至會引起地層下沉等嚴重後果。在補給水源不足的地方，開采地熱都要同時考慮回灌問題，盡可能做到隻用其熱，不用其水。
〔低溫地熱開采〕
一般低溫地熱開采比較簡單。在打鑽之後，初期地下熱水會自動流出地麵，隻要在鑽井的井口裝一主控製閥門，熱水就像自來水一樣流入用戶。但是經過一段時間，幾年或數月，井下水位下降，就不能自流。這時必須設置提水泵，將地熱水吸取上來，然後輸給用戶。由於地熱水含有礦物成分，且具有相當溫度，普通冷水用的潛水泵或深井泵都難勝任，應選用地熱水專用泵。較先進的辦法是采用井下換熱法，即在地熱井中設置熱交換器，使提出的是普通熱水，結垢、腐蝕、汙染等問題都可避免。從熱交換器結構而言，將地熱水從井中提到地麵，然後進行熱交換，也是可行的，但需要回灌。
〔中高溫地熱開采〕
中高溫地熱開采比較複雜，因為井下噴出的是多相流，除熱水外，對於高壓蒸汽，甚至甲烷等化學物質，都要進行處理和合理利用。地熱鑽井完成後，根據井內壓力，采取汽、水分離，采用兩相流的管道和特殊的換熱器。井口主閥之後要安裝汽、水分離器，蒸汽由蒸汽管道輸送，熱水則通過集水罐和消音器之後放出，或通過擴容器送入第二級分離器，以得到低壓蒸汽。運行時，旁通閥關閉，主閥門、檢修閥和截止閥打開，地熱流體經主閥門、檢修閥到分離器。其中汽相部分以浮球閥到蒸汽主管道；液相部分到集水罐後，經控製孔板和截止閥到消音器，最後由熱水管輸出。若液相壓力過高，為了避免能量浪費，一般可進行二級、三級或四級分離。膨脹補償器是為了當井管熱脹冷縮時補償硬性聯接用。安全盤是由兩片法蘭中間夾一金屬薄片組成，當井口壓力失常時，金屬薄片就會破裂，液相地熱流體則經截止閥和消音器直接排放。同時，汽相地熱流可由安全閥放空。浮球閥的作用是保證液相流體不能進入蒸汽主管，如果它有進入蒸汽主管的趨勢，流體的浮力就會托起浮球，於是使通往蒸汽主管的通路堵塞。水控製孔板是用以控製汽相流體不致進入消音器。如果汽相流體通過水控製孔板，則因汽相比液相流體的體積大很多倍，通過孔板的流量就要減少很多倍，而地熱井的流量基本恒定，集水罐中的液位必然上升，液體的重力壓力又使液體以正常情況經水控製孔板和截止閥進入消音器。當檢修井口裝置時，可關閉檢修閥，地熱流體則從旁通閥排出。有地熱資源的寒冷地區，采用地熱水供暖最為合適，因為地熱水的溫度比較穩定，建築物供暖的溫度容易控製，比燃煤供暖簡便，且無煙塵汙染。在不需要采暖的熱帶地區，利用地熱水作熱源，進行致冷空調，其技術與太陽能致冷空調差不多，但熱源穩定，連續性好，也容易實現。冰島、法國、日本等國早已采用地熱水采暖，經驗比較豐富。近年來，我國華北地區也開始了地熱水采暖，尤其是北京、天津的地熱利用主要是地熱采暖，供暖麵積逐年擴大，例如天津市1991年的地熱采暖麵積為130萬平方米，到1994年就擴大超過了200萬平方米。國際上地熱致冷的實用雖然不多，但研究工作不少，我國福建省地進行過地熱致冷的試驗，後來由於地熱幹燥的經濟性更好，且電力空調比較普遍，有關地熱致冷的研究沒有繼續進行。地熱采暖的關鍵問題是要計算好地熱田熱水可能供暖的麵積，首先要把采暖建築物的高峰熱負荷和年耗熱量估算出來。由於高峰熱負荷在一年中所占時間不多，為了提高地熱供暖的麵積，可與常規鍋爐供暖結合，即利用鍋爐作調峰，地熱水擔負基本供暖。這樣還可減少管道設施和縮小水泵的規格。另外，考慮到采暖是季節性的，而地熱水則是常年都有，因此可在設計地熱采暖的同時也把供生活熱水列進一並考慮。
一般說，設計兼有地熱水洗浴的采暖房，地熱的年利用率可提高10%～15%。地熱水采暖的方法主要有兩種：如果地熱水溫度在60℃左右，且水質較好，含硫化氫等氣體和腐蝕性均不嚴重時，可以直接與普通水暖係統接通，采暖之後的餘溫水還可排放作其他利用。若地熱水的腐蝕性大，為避免管道和散熱片鏽蝕，必須在地熱井口或井下設置換熱器，使采暖係統流過的是普通熱水。井下換熱裝置熱損失小，且不容易結垢，但技術要求高，是地熱利用中的高技術。井口換熱裝置多采用大麵積板式換熱器，材質問題十分關鍵，常用鈦合金材料，換熱器的板片結構也較特殊。目前我國已開始建立地熱水換熱器的專業生產廠，為今後推廣地熱采暖創造了有利條件。從經濟上分析，因地熱鑽井費用高，地熱采暖初始投資偏高，但長期運行費用顯然比燃煤采暖便宜，特別是大規模區域供暖，共用一個地熱供暖係統，則經濟優勢和環境效益無可置疑。例如天津市1994年新建的紫金新裏地熱供暖係統，一口地熱井可供20多萬平方米建築麵積的采暖。
什麼是幹熱岩開發地熱
在地熱開發利用逐步深入的條件下，以美國為首的提出了開發地下幹熱岩的構思，也可以說是人造地熱的設想。因為地層深部，特別是與火山岩有關的地層，岩石幹熱，沒有含水層，地熱無法輸出。70年代初，美國洛斯阿拉莫斯科學實驗室開始試驗，采用打斜鑽井的技術，將鑽孔打到3000～4000米的幹熱岩體上，獲得溫度250℃以上，並將岩石破碎，由一個鑽孔注入冷水，從另一鑽孔提取熱水，然後通過地麵熱交換器，即可輸出地熱加熱的水，並用於發電。此項地熱開發涉及到一係列高新技術，如深孔斜鑽技術，深層熱岩破碎技術以及許多耐高溫、高強度材料問題等。美國能源部投入了大量科研經費支持繼續試驗。與此同時，日本、瑞典、英國和德國也開始了此項探索。由於投資大，其他國家尚未列入地熱開發議程。但是，幹熱岩存在的廣泛性，將不受現有地熱資源分布的局限，無疑將是地熱開發的遠景。
地熱可再生嗎
一般地下礦藏，包括各種化石能源資源都是不可再生的。但是地熱資源是否可以再生？這是一個有爭議的問題。有人從斷麵流量法評估地熱資源時發現，有些地熱熱儲常常不斷地接受來自更深層熱流運移的影響，由於地熱開采而加劇從周圍帶來的熱量。因此說地熱是可以再生的，並希望通過回灌能增加地熱水。當然，即使地熱可以再生，它也不會像太陽能、風能等那樣明顯地再生，地熱水的加熱可能時間很長，然而對於漫長的地質時間觀來說，它還是較短的。這是一個值得探討的問題。正如我國著名地質學家李四光教授曾經說過的“地球是一個大熱庫，地下熱能的開發與利用，是件大事情，就像人類發現煤炭、石油可以燃燒一樣，這是人類曆史上開辟的一個新能源，也是地質工作的一個新領域。”我們相信，這種新能源和新領域必將在新技術的發展中弄得更加清楚，並更好地為人類服務。 21世紀地熱能科技怎樣向深層次發展
地熱能是地球中的天然能源，由地球深處的熾熱岩層形成地殼深度在17～30火星岩層重壘，阻礙地熱能擴散，使地殼上層的平均溫度梯度每加深1公裏為20～30℃。世界地熱資源量（離地殼10公裏內儲熱量）約為5.17萬噸標煤能量，技術與經濟上年可開采儲量為0.6億噸標煤左右。但地熱分布不均。我國已探明可開采的地熱資源量相當於31.58億噸標煤能量，主要集中分布在東南沿海和台灣省及藏南、滇西地區。現代開發地熱利用技術有兩種：一為低溫地熱水係統，溫度在70～80℃，采用閉回水循環係統，通過換熱器提供蒸汽式熱水，亦可采用吸收式循環係統致冷式製冷，是現在應用較廣的地熱係統。二為地熱蒸氣發電係統，通過壓力換熱式或接觸式蒸發器，將地熱載熱介質分離成飽和蒸氣和液體兩相流，蒸汽通過汽輪發電機發電，熱液體通過換熱器用於集中供熱，廢液回注入地下儲熱層或循環回注利用。據1991年統計，世界地熱電站裝機容量達600多萬千瓦，其中美國286.3萬千瓦，發電成本每千瓦6美分，並已形成地熱工業。我國1993年的地熱電站裝機容量為2.8萬千瓦，發電成本每千瓦0.12元，其中西藏羊八井地熱電站裝機容量達25萬千瓦。地熱開發技術進展也很快，主要是提高地熱利用效率和研究開發深層的熱岩麵地熱能。1989年美國建立成世界上最大規模的熱電站，在加州長穀山口鑽井深度達6080米，開采熱岩的地熱能時采用先進的閃蒸汽發電和二元循環係統，裝機容量為4.66萬千瓦。日本也進行了一係列高溫岩體發電試驗，1986年10月進行了大規模高溫岩體水壓破碎試驗，灌入1000噸高壓冷水，連續8小時噴出350噸100℃以上的蒸汽和熱水，為人工建造熱岩貯層提供了新技術。
下個世紀的玻璃窗能發電嗎
1991年10月，瑞士聯邦技術研究所化學部的化學家邁克爾-格拉蔡為太陽能的推廣應用，經過多年研究，成功地製造出一種透明的太陽能玻璃板，這種玻璃板安在各種建築物上，既可采光，又有同時發電，它可以把照射到它上麵的太陽光能的7～8%轉變成電能，每平方米玻璃可產生150瓦的電能。1995年1月，格拉蔡進一步改進了太陽能玻璃板的設計，可以把太陽光能中的10%轉變成電能。他設計的太陽能玻璃都是依靠光電效應。是一種多層夾心玻璃板，上下兩麵是玻璃，而玻璃裏麵塗一層薄薄的二氧化錫導電層，中間還有一種以碘為基礎的電解質層和一種類似值物中的葉綠素的染色層及一層二氧化鈦半導體薄膜。 光線穿過上層玻璃、二氧化錫、電解質層到達染色層時，染色層就吸收陽光中的光子。光子是帶有能量的粒子，一個光子能從染色層中轟擊出一個電子，轟擊出來的電子進入二氧化鈦半導體薄膜中。然後，二氧化鈦層把吸收的電荷又轉移到緊挨著它的二氧化錫導電薄膜中，形成電子流。這樣在這上下兩層玻璃上的二氧化錫導電膜之間就形成了電勢差。連接上下兩層二氧化錫導用膜後，電子就通過電解質層回到染色層形成一個完整的回路，隻要在上下兩層二氧化錫導電膜之間安上一個插座，就可以和燈泡、家用小電器（如收音機等）接通，用以照明和收聽廣播。可以設想，全世界有多少平方米的窗戶玻璃，一旦各種建築物朝陽的窗戶都能裝上這種玻璃，其發電總量肯定是驚人的。據格拉蔡稱。這種玻璃安裝起來和普通玻璃沒有太大的差別，有兩小時就足可以安裝完畢。這種玻璃中夾層非常薄，僅10納米，所以看起來仍是透明的。製造它的原料二氧化錫、二氣化鈦、玻璃板都是普通材料。成本比一般太陽能電池用的矽片低得多。隻要在大規模生產中能保證夾層中的各種薄膜的質量，這種玻璃的推廣前景是極為樂觀的。因此，可以設想，隻要建築師和能源專家密切配合，21世紀的建築物將既是能源的消耗者，又會是能源的生產者。
21世紀人類怎樣使用防止全球變暖的發電技術
到公元2010年，預計世界人口將達到80億，這一數字約為目前的15倍。到那時，人們將要求更多的商品，更為舒適的環境，更多的能源和電力。這將提高二氧化碳在大氣層中的積聚並將引起全球變暖，破壞地球環境。為了對付這些問題，我們就必須考慮使用除核能以外的其它能源，比如再生能源。雖然人口是影響能耗的最重要的因素，但是，預計全球人口的進一步增加主要是在發展中國家。預計，這會造成能耗更大的增加，導致大氣層中二氧化碳濃度的上升。到2010年，二氧化碳濃度將從今天的360PPm增加幾倍，將使氣溫上升攝氏幾度。由於金球變暖地球環境將大大改變。這意味著發電用的礦物燃料將越來越多，二氧化碳的產生將增加。而通過減少發電的礦物燃料，也有可能抑製二氧化碳的上升。必須努力減少各個領域二氧化碳的產生，在發電領域減少二氧化碳產生的途徑包括：通過提高發電效率減少燃耗。采用原子能發電；使用再生（天然）能源。以下我們將討論再生能源發電技術。業已發現：每單位發電量二氧化碳的產生，以礦物燃料發電最高；特別是燒煤電廠。而且在未來，預計這類燃料的需求會增加，因為它的儲量相當豐富，分布又很廣泛。另一方麵，再生能源發電雖然設施的建造會產生二氧化碳，但發電本身不會產生二氧化碳。因此，增加使用再生產能源發電和有效使用礦物燃料，是抑製產生二氧化碳的有效方法。根據能源的不同，再生能源發電技術可分為水力發電；風力發電；太陽能發電（太陽—熱發電和光伏發電）海洋發電（海洋—熱能轉換、潮汐、洋流、海波）地熱發電。