MIT研發光能植物讓街樹也能放光

2020-02-01

1879年，科學家愛迪生在實驗室製造出第1個電燈泡，電燈的發明不只點亮了城市，也點亮了整個世界的文明；緊接著日光燈、LED燈相繼出現，更在人類進步史上散發出璀璨光芒。然而，在未來能源有限的情況下，照明該如何永續發展？美國麻省理工學院（MIT）給了一個驚豔答案──將來，植物或許能成為指引我們的最佳照明燈。

文／侯彥伶
圖片來源／YouTube截圖、MIT News官網

從最早的燭火、油燈、白熾燈，一直到日光燈、LED燈，種種照明裝置的發明及推進，持續了100多年，奠定人類文明發展的基礎。有了照明燈具，使得人類即使在夜晚，也能從事各種工作及娛樂，不至於被黑暗束縛，擁有更高的經濟生產力與更多元的生活選擇。

隨著工業化的發展，人類對照明的需求愈來愈高，根據美國NASA發布的「地球夜晚燈光圖」可發現，城市燈光愈密集的地區，發展愈繁華進步，電力供給的程度似乎成了國力的展現。然而，節節高升的照明需求，占了全球能源消耗近20％，每年約產生2億噸二氧化碳；這些經濟發展下的社會成本，使各國無不開始尋求解方。

為了因應即將到來的能源短缺，可以更永續地滿足照明需求，美國麻省理工學院（MIT）成功研發出一項植物照明技術，透過植物自身的能量代謝而自行發光，並維持10多天，且完全不須插電，徹底扭轉了照明必須倚賴大量電力供給的傳統觀念。

螢火蟲原理為靈感　打造發光植物

2017年，MIT化工系教授Michael Strano領導的研究團隊發現，若將螢火蟲身上的發光物質螢光素酶（luciferase）置入西洋菜，能使西洋菜成功發光，於是便開啟了這項研究。

螢火蟲的發光原理，是因為螢光素酶會與一種稱為螢光素（luciferin）的分子產生反應而發光，且反應過程十分節省能量，幾乎所有輸入的能量都能轉為光能；相較之下，人類所使用的白熾燈，只有約10％的能量可轉化為光，其餘都變為熱能而浪費掉。

團隊發現，若將西洋菜葉片以高壓方式，浸泡在含有螢光素酶、螢光素以及輔酶A（co-enzyme A）3種元素特製的奈米粒子溶液中，便可與西洋菜的螢光素酶發生反應，使植物產生微弱的自體發光。

然而，當時實驗卻發現，西洋菜雖然可連續發光3.5小時，亮度卻會隨著時間而逐漸暗淡，無法有效維持亮度；同時，1棵10公分西洋菜幼苗所產生的光，只有人類閱讀所需光照量的千分之一，遠比不上現行電力供給的燈具亮度。

去（2019）年，團隊在實驗中嘗試加入光電容粒子，可儲存尖峰時期的光能，進而使植物在自體發光的過程中，更平穩地釋放能量，成功延長發光時間；也就是說，原先只能發光3.5小時的西洋菜，現在可自體發光數天、甚至數週。團隊更表示，倘若進一步優化各成分的濃度和釋放速率，還可再增加發光量及發光時間，使植物在整個生命週期都可發光。

發光植物的到來，給予科學界無限期待，未來以植物代替照明設備的方式，確實指日可待；不需電網、充電設備和電源線鋪設的特性，使發光植物不只是一項具有前景的可持續性能源，更是潛在的革命性技術。