請『土』出電來--土壤發電之研究

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請『土』出電來--土壤發電之研究

摘要

本研究主要在探討如何利用土壤發電，並做出最佳的土壤電極。首先，測量校園內 5 個

地方的土壤，發現土壤的發電量會因為地區、植物數量或水分的多寡，進而影響土壤的發電

量。串聯不同杯數的土壤會因為土壤量增多了，所以將提高它的發電量。電極的面積越大，

所接觸到的土壤面積較大，可以一次傳輸較多的電，發電量較大。雖然我們利用了一些環保

廢棄物想要做出更環保好用的電極，但是實際測量的結果，我們發現還是由鋅銅電極可以產

生較大的發電量效應。各種電極的活性不同，所以能傳輸的電不同。300 克的濕土加 100 克的

乾土發電量最高，可知土壤的濕度會影響發電量。土壤的導電度和酸鹼值與發電量並沒有直

接的關係。產氣量和發電量有直接的關係，產氣量越多，發電量也越高。

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壹、研究動機：

以前參加科展時，在網路上看過水果發電的研究，覺得很好奇，便到網路上查相關的資 料，後來無意間找到一篇關於土壤發電的資料，科學家利用一些土壤和簡易的材料竟然能使 路燈發亮，照亮了非洲的人民。所以我們也希望找出一種成本低，發電效率又好的土壤發電 方式。另外，我常常聽大人說，最近電費愈來愈貴。我很好奇電費漲價的原因，於是上網查 了資料，並且看了一些書，發現台灣的電力來源主要是火力發電，不過，火力發電會造成空 氣汙染，並不是一種很好的發電方式，所以我們想到可以用土壤來發電，並能兼顧環境保護 及生活的便利性。

貳、研究目的：

一、探討各種土壤的電壓強弱。

二、探討串聯不同杯數的土壤時，土壤的電壓強弱。

三、探討不同面積的鋅、銅電極是否會影響電壓強弱。

四、探討不同正負極材質組合的電壓強弱。

五、探討土壤溼度不同是否會影響電壓強弱。

六、探討不同土壤的導電度是否會影響電壓的強弱。

七、探討土壤 pH 值與發電量的關係。

八、探討土壤的產氣量與發電量的關係。

參、研究材料：

土壤：植物園的土壤、沙坑旁的土壤、水生池旁的土壤、花圃裡的土壤、培養土。

工具：三用電表、鱷魚夾電線、烤箱、鏟子、銅片、鋅片、鐵罐、鋁罐、離子導電度計、土 壤 pH 值檢測器、針管。

肆、研究過程、結果及討論：

一、文獻探討：

（一）土壤發電的原理：

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土壤中含有多種的細菌，這些細菌(微生物)由英國植物學家馬克﹒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，放進大腸桿菌或酵母菌的培養液 裡，成功地製造出世界上第一個細菌電池(吳錫平，2000)。我們閱讀相關的資料發現：土壤 之所以能夠發電是因為土壤中的氧化還原反應。

（二）土壤的氧化還原：（以下資料參考來源為：台大農化系）

土壤中的氧化還原反應是一起自光合作用的循環之結果，土壤的反應完成了這個循環，

因為他們利用了光合作用所儲存的能量，處置有機廢棄物，並產生 CO²以供另外的光合作用 所需。殘餘的植物物質與動物殘餘物落在土壤上而被土壤生物所氧化

碳水化合物氧化的半反應是：

為了得到這個能量並進行半反應，微生物必須尋找一個電子接受者來接受電子，如果氧 氣存在，電子接受的半反應是：

高等植物與動物僅能利用 O²做為電子接受者，而土壤微生物則尚能利用氮、硫、鐵、錳，

以及其他元素的氧化狀態，電子接受者的數目及其無數的氧化狀態，使得土壤化學與生物化 學的氧化還原反應錯綜複雜。

（三）先前的研究：

我們的學長姐有做過細菌發電的實驗，但是只有利用三用電表測土壤的產生的電量，並 未加入電極以做為電池來應用，因此我們想朝著可以實際應用的電池方面來製作。

（四）歷屆科展作品：

歷屆作品 作品內容 分析

第 49 屆-來電「漢堡」－環保 電池 DIY

利用 番 茄醬製 造 出既環 保又容易製作的電池，並 可點亮 LED 燈。

著重番茄醬與其他電極的應用，

但是材料來源均為生活中所容易 取得的。

第 49 屆-來電用「絲絲」－絲 藻在微生物燃料電池之應用

利用絲藻來當作材料，製 作微生物燃料電池。

微生物燃料電池對我們來講，較 為困難，很多方面的知識我們較 為不足，因此我們朝向另外一種 簡易型的電池製作。

 





H O CO 4e 4H O

CH_{2 2 2} ^-

O 2H 4H

e 4

O₂ ^- ^  ₂

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二、實驗流程圖：

探討土壤發電

土壤

不同地區的土壤發 電量是否不同?

【實驗一】

土壤溼度與發電量 的關係

【實驗五】

導電度與土壤發電 量的關係

【實驗六】

土壤pH值與發電量 的關係

【實驗七】

土壤產氣量與發電 量的關係

【實驗八】

串聯不同的杯數是 否能增加發電量

【實驗二】

電極

電極的大小是否會 影響土壤發電量?

【實驗三】

電極的種類是否會 影響土壤發電量?

【實驗四】

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三、實驗變因、步驟、結果與討論：

（一）實驗變因

1.操作變因：不同的土壤

2.保持不變的變因：正負極的位置、正負極的連接、土壤的量、三用電表、正負極的大小、

鱷魚夾電線的種類 3.應變變因：電壓的強弱

（二）研究步驟

1.挖取校園內植物園、沙坑旁、水生池旁、花圃裡的土壤和培養土各 250ml。(地點如圖) 2.在五杯土壤中插入粗的銅片和鋅片（3cm×10cm）。

3.用鱷魚夾電線夾住鋅銅電極和三用電表，測量電壓。（如圖）

圖 1-6：固定電極的珍珠 板

圖 1-7： 鋅片與銅片的裝置 圖 1-8：測量電壓的裝置

圖 1-1：水生池旁 圖 1-2：植物園 圖 1-3：沙坑旁 圖 1-4：花圃裡 圖 1-5：培養土

【實驗一】: 測量各種土壤產生的電壓強弱

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（三）研究結果：

表一：五個地區的土壤發電量 單位：伏特(V)

類別 植物園 沙坑旁 花圃 水生池旁 培養土

1 0.808 0.863 0.794 0.966 0.881 2 0.807 0.862 0.793 0.963 0.882 3 0.805 0.863 0.792 0.959 0.884 4 0.800 0.864 0.791 0.958 0.883 5 0.793 0.863 0.790 0.959 0.882 6 0.798 0.862 0.789 0.956 0.883 7 0.790 0.861 0.788 0.945 0.882 8 0.787 0.860 0.787 0.944 0.883 9 0.764 0.859 0.786 0.943 0.882 10 0.763 0.858 0.785 0.942 0.881 平均 0.792 0.862 0.790 0.954 0.882

圖 1-9：不同地區土壤的發電量 1.我們發現水生池旁的土壤在原來的環境下，電壓最強。

2.我們發現花圃的土壤在原來的環境下，電壓最弱，推測可能的原因為已經很久沒有種植物 而造成微生物較少。

3.我們發現沙坑旁的土壤數值雖然是第二高的，但最穩定，電壓數值都在 0.858~0.864 之間。

（四）討論

 為什麼不同地方的土壤會有不同的發電量？

探究：因為不同地方種植的植物及數量不同，造成土壤中微生物的含量也不同而影響電

0.792 0.862

0.79

0.954

0.882

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

植物園 沙坑旁 花圃 水生池旁 培養土

不同地區土壤的發電量

發電量

單位：伏特(V)

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壓的強弱。水生池旁的土壤電壓測出來最大，推測是因為土壤濕度最高，因此有較 多的電解質產生，所以造成這樣的結果。花圃中的土壤之所以測出的電壓較少，是 因為這塊花圃已經很久沒有種植植物了，所以土壤內的微生物較少，所以測出來的 電壓也較小。

（一）實驗變因：

1.操作變因：串聯的土壤杯數

2.保持不變的變因：正負極的位置、正負極的聯接、三用電表的模式、鱷魚夾電線的種類、

土的種類

3.應變變因：電壓的強弱

（二）研究步驟：

1.挖取校園內水生池旁、植物園、沙坑旁、花圃裡的土壤和培養土各四杯，一杯 250ml。

2.在土壤中插入粗的銅片和鋅片（3cm×10cm）。 3.串聯不同杯數土壤，測量電壓(V)。

圖 2-1：串聯一杯 圖 2-2：串聯兩杯

圖 2-3：串聯三杯 圖 2-4：串聯四杯

【實驗二】: 測量串聯不同杯數土壤的電壓強弱

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（三）研究結果：

表二：植物園的土壤串聯不同杯數的發電量 單位：伏特(V)

植物園的土 一杯 兩杯 三杯 四杯

1 0.808 1.91 2.73 3.55 2 0.807 1.92 2.74 3.56 3 0.805 1.93 2.76 3.57 4 0.800 1.92 2.79 3.58 5 0.793 1.93 2.80 3.59 6 0.798 1.94 2.81 3.63 7 0.790 1.93 2.82 3.64 8 0.787 1.94 2.81 3.65 9 0.764 1.95 2.82 3.64 10 0.763 1.94 2.82 3.65 平均 0.792 1.93 2.79 3.61

表三：沙坑旁的土壤串聯不同杯數的發電量 單位：伏特(V)

沙坑旁的土 一杯 兩杯 三杯 四杯

1 0.863 2.00 2.84 3.68 2 0.862 2.01 2.85 3.69 3 0.863 2.02 2.86 3.70 4 0.864 2.03 2.87 3.71 5 0.863 2.02 2.88 3.72 6 0.862 2.03 2.89 3.73 7 0.861 2.04 2.90 3.74 8 0.860 2.05 2.91 3.75 9 0.859 2.04 2.92 3.76 10 0.858 2.05 2.93 3.77 平均 0.862 2.03 2.89 3.73

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表四：花圃的土壤串聯不同杯數的發電量 單位：伏特(V)

花圃的土 一杯 兩杯 三杯 四杯

1 0.794 1.94 2.85 3.75 2 0.793 1.95 2.86 3.76 3 0.792 1.94 2.87 3.75 4 0.791 1.95 2.86 3.76 5 0.790 1.96 2.87 3.75 6 0.789 1.97 2.88 3.76 7 0.788 1.98 2.89 3.75 8 0.787 1.97 2.90 3.76 9 0.786 1.98 2.89 3.77 10 0.785 1.98 2.90 3.78 平均 0.790 1.96 2.91 3.76

表五：水生池的土壤串聯不同杯數的發電量 單位：伏特(V)

水生池的土 一杯 兩杯 三杯 四杯

1 0.966 2.00 2.73 3.82 2 0.963 1.99 2.74 3.81 3 0.959 2.00 2.75 3.80 4 0.958 1.99 2.76 3.80 5 0.959 2.00 2.77 3.80 6 0.956 1.99 2.78 3.80 7 0.945 2.00 2.77 3.80 8 0.944 1.99 2.76 3.80 9 0.943 1.99 2.75 3.80 10 0.942 2.00 2.76 3.80 平均 0.954 2.00 2.76 3.80

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表六：培養土的土壤串聯不同杯數的發電量 單位：伏特(V)

培養土 一杯 兩杯 三杯 四杯

1 0.881 1.59 2.16 3.22 2 0.882 1.58 2.20 3.21 3 0.884 1.57 2.22 3.19 4 0.883 1.56 2.23 3.18 5 0.882 1.57 2.22 3.19 6 0.883 1.56 2.23 3.18 7 0.882 1.55 2.22 3.19 8 0.883 1.54 2.21 3.18 9 0.882 1.52 2.18 3.19 10 0.881 1.53 2.19 3.17 平均 0.882 1.56 2.21 3.19

1.我們發現不論何地的土壤串聯四杯土時，電壓最強，大約都為倍數成長，例如：培養土一 杯時，發電量為 0.884V；兩杯時發電量約兩倍，發電量為 1.59V；三杯時發電量約為三倍，

發電量為 2.23V；四杯時發電量約為四倍，發電量為 3.22V。

2.我們發現這五個地區的數值以培養土中的電壓成長最為穩定。

（四）討論

 為什麼土壤的杯數愈多，電壓數值愈高?

探究：我們可以將一杯一杯的土壤當作成一顆一顆的電池，當電池串聯時，串聯越多，

電壓也會越大。因此同理可證，，當土壤杯數串聯愈多時，所含的微生物也越多，電壓 也就愈高。

 為什麼培養土的電壓數值最穩定？

探究：推測原因為培養土的土質混合的較均勻，沒有被外在的因素作干擾，沒有動植物 的屍體等的物質，故測量出來的電壓最為穩定。

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（一）實驗變因

1.操作變因：不同面積的鋅、銅電極（粗:3cm×10cm 細: 1cm×10cm）

2.保持不變的變因：正負極的位置、正負極的聯接、土的量、三用電表的模式、鱷魚夾電線 的種類、土的種類

3.應變變因：電壓的強弱

（二）研究步驟

1.挖取校園內水生池旁、植物園、沙坑旁、花圃 裡的土壤和培養土各 250ml。

2.在五杯土壤中插入不同粗細的銅片和鋅片。

3.用鱷魚夾電線夾住鋅銅電極和三用電表，測量電壓。

（三）研究結果

表七：不同地區的土壤使用粗細不同的鋅銅電極產生的發電量 單位：伏特(V) 類別

次數

植物 園粗

植物 園細

沙坑 旁粗

沙坑 旁細

花圃 粗

花圃 細

水生 池旁 粗

水生 池旁 細

培養 土粗

培養 土細

1 0.808 0.787 0.863 0.819 0.794 0.713 0.966 0.863 0.881 0.811 2 0.807 0.781 0.862 0.820 0.793 0.769 0.963 0.862 0.882 0.812 3 0.805 0.782 0.863 0.819 0.792 0.793 0.959 0.861 0.884 0.809 4 0.800 0.783 0.864 0.818 0.791 0.794 0.958 0.855 0.883 0.810 5 0.793 0.773 0.863 0.817 0.790 0.795 0.959 0.854 0.882 0.808 6 0.798 0.772 0.862 0.816 0.789 0.796 0.956 0.853 0.883 0.807 7 0.790 0.770 0.861 0.815 0.788 0.797 0.945 0.852 0.882 0.805 8 0.787 0.769 0.860 0.813 0.787 0.798 0.944 0.851 0.883 0.799 9 0.764 0.768 0.859 0.815 0.786 0.800 0.943 0.850 0.882 0.798 10 0.763 0.767 0.858 0.814 0.785 0.801 0.942 0.849 0.881 0.799 平均 0.792 0.775 0.862 0.817 0.790 0.786 0.954 0.855 0.882 0.806

1.我們發現用粗的銅片及鋅片，其平均電壓會比細的銅片及鋅片來的強，例如植物園粗電極 的平均 0.792 比植物園細電極的平均 0.775 強。

2.在粗的銅片及鋅片中，以水生池旁的土壤的電壓最強，發電量平均為 0.954V。

圖 3-1：粗電極 圖 3-2：細電極

【實驗三】: 測量不同面積的鋅、銅電極是否會影響電壓強弱

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（四）討論

 為什麼使用大小不同的鋅片及銅片會有不同的結果？

探究：推測可能的原因為接觸面積較大，能接觸較多的微生物而提高電壓。

我們查了資料發現大部分的水果電池、海水電池等大部分的電極都是利用鋅片和銅片 來製作，但是我們想找看看生活中是否有可以取代鋅銅當作電極的材料，於是我們從資源回 收的地方撿了很多的鐵鋁罐，打算用來試試看當電極的效果如何？於是設計了以下實驗：

（一）實驗變因

1.操作變因：不同材質的正負極。

2.保持不變的變因：正負極的位置、正負極的聯接、土的量、三用電表的模式、鱷魚夾電線 的種類、土的種類。

3.應變變因：電壓的強弱。

（二）研究步驟：

1.挖取校園內沙坑旁的土壤。

2.調製成實驗四中發電效率最好的一杯(第四杯)。

3.用不同的正負極組合來進行實驗。

圖 4-1：先將鐵鋁罐剪開 圖 4-2：用鐵槌敲打成片 圖 4-3：剪裁鐵鋁片

圖 4-4：鋅銅片 圖 4-5：鐵鋁片 圖 4-6：銅鋁片 圖 4-7：鐵鋅片 圖 4-8：磨過的鐵 鋁

【實驗四】：測量不同正負極材質組合所產生的電壓強弱

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（三）研究結果

表八：不同材質電極組合產生的土壤發電量 單位：伏特(V) 類別

次數

銅鋅 鐵鋁 銅鋁 鐵鋅 磨過的

鐵鋁 1 0.804 0.336 0.606 0.486 0.199 2 0.814 0.333 0.605 0.482 0.194 3 0.815 0.321 0.604 0.472 0.181 4 0.816 0.319 0.603 0.470 0.161 5 0.817 0.313 0.602 0.463 0.158 6 0.818 0.305 0.601 0.462 0.156 7 0.819 0.304 0.599 0.460 0.153 8 0.820 0.303 0.598 0.459 0.149 9 0.821 0.302 0.597 0.458 0.148 10 0.822 0.299 0.596 0.457 0.132 平均 0.817 0.314 0.601 0.467 0.163 1.從以上結果，我們發現銅鋅的組合電壓最強，銅片與鋁片的組合次之。

2.我們發現磨過的鐵鋁組合所得到的電壓最低。

3.我們會使用砂紙磨過的鐵片與鋁片，是因為猜想鐵鋁罐上面是否都有鍍上某些物質，怕這 些物質會影響電壓的大小，但事實證明以磨過的鐵鋁組合及原來的鐵鋁組合相比，則 是磨過的鐵鋁組合電壓較低，所以沒有必要將外面鍍的物質磨掉。

（四）討論

 探討鋅銅電極優於其它材質的原因？

探究：根據我們查到的資料，不同的電極組合會讓電壓和電流產生變化，電極的活性大 小為：鉀＞鈉＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵＞錫＞鉛＞鋅＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金。所 以金屬的活性應該會影響電壓和電流的大小。我們本來推測鋁和鋅的組合，活性差異比 較大，會有比較明顯的電壓差距，但事實作出來卻是鋅銅的效果最好，真正的原因為何，

值得我們再繼續討論。

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土壤的濕度是否會影響電壓的強弱，因為水生池的旁邊的土長期處於非常潮濕的狀態，水分 含量都呈現飽和，因此這個實驗我們利用沙坑旁的土的濕度來作為操作變因。

（一）實驗變因

1.操作變因：土壤乾土和濕土比例

2.保持不變的變因：正負極的位置、正負極的聯接、土的量、三用電表的模式、鱷魚夾電線 的種類、土的來源

3.應變變因：電壓的強弱

（二）研究步驟

1.挖取校園內沙坑旁的土壤。

2.把土壤放進烤箱烤三分鐘，做出乾土。

3.把另外一些土壤加水，直到土壤呈現飽和的狀態，且取土不取水，做出濕土。

4.把乾土和濕土均勻混合後測量電壓。

第一杯:400 克乾土。（400d）

第二杯:300 克乾土加 100 克濕土。（300d+100w）

第三杯:200 克乾土加 200 克濕土。（200d+200w）

第四杯:100 克乾土加 300 克濕土。（100d+300w）

第五杯:400 克濕土。（400w）

圖 5-1：將土烤乾 圖 5-2：測量乾濕土重量 圖 5-3：測量乾濕土的發電量

【實驗五】: 測量土壤濕度不同是否會影響電壓強弱

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（三）研究結果

表九：不同濕度的土壤產生的發電量 單位：伏特(V) 類別

次數

第一杯

（400d）

第二杯

（300d+100w）

第三杯

（200d+200w）

第四杯

（100d+300w）

第五杯

（400w）

1 0.110 0.790 0.800 0.820 0.815 2 0.111 0.789 0.799 0.819 0.814 3 0.110 0.788 0.798 0.818 0.813 4 0.111 0.787 0.797 0.817 0.812 5 0.110 0.786 0.796 0.816 0.811 6 0.114 0.785 0.795 0.815 0.809 7 0.109 0.784 0.794 0.814 0.808 8 0.114 0.783 0.795 0.813 0.807 9 0.109 0.782 0.795 0.812 0.806 10 0.110 0.781 0.795 0.813 0.805 平均 0.111 0.786 0.796 0.816 0.810

圖 5-4：濕度不同的土壤發電量

1.我們發現第四杯，也就是 100 克乾土加 300 克濕土的電壓最強，推測可能的原因為濕度越高 電壓越強，但不能達到飽和。

2.我們發現第一杯，也就是 400 克乾土的電壓最弱，而且明顯比有加入濕土的還要低的很多。

（四）討論

 為什麼溼度愈高電壓愈強?

探究:推測原因為我們加的水是自來水而非純水，自來水裡也含有電解質，因此增加了土

0.111

0.786 0.796 0.816 0.81

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

濕度不同的土壤發電情形

發電量(V)

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壤的微生物的量，電壓也增加。但若達到飽和時，電壓有一點下降，但是不明顯。有可 能是因為水分太多反而影響了電子的流動，所以電壓會下降一點。

（一）實驗變因

1.操作變因：不同的土壤

2.保持不變的變因：土壤濕度、土壤的量、使用同一個離子導電度計 3.應變變因：導電度計上 LED 燈亮的級數

（二）研究步驟：

1.先挖取校園中不同種類的土壤 2.取出三杯土

3.將離子導電度計插入土壤中，分別測量並記錄所得到的數值

圖 6-1：離子導電度計 圖 6-2：挖取土 圖 6-3：利用離子導電度計測 量土壤的導電度

（三）研究結果

表十：不同土壤的導電度

類別 植物園 沙坑旁 花圃 水生池旁 培養土

第一次 2 1 0 2 6

第二次 2 1 0 2 6

第三次 1 1 0 3 5

平均 1.67 1 0 2.33 5.67

【實驗六】: 測量不同土壤的導電度

17

圖 6-4：導電度與發電量的關係

1.我們發現培養土的導電效果最好，而花圃土壤的導電效果最差。推測原因為：普通的水能 導電，培養土的水分最多所以最能導電，但花圃的土壤已經廢耕很久了，因此土壤變得 又乾又硬，由於缺少了能幫助導電的水，所以導電效果最差。

（四）討論：

 導電度與發電量的關係？

答：本來以為導電度和發電量會有相關性，但經由我們實驗的結果，利用離子導電度計 實際測量後，加上老師教我們的統計方式，發現導電度與發電量並無直接的影響。

（一）實驗變因

1.操作變因：不同的土壤

2.保持不變的變因：土壤濕度、土壤的量、使用同一個土壤 pH 值檢測器 3.應變變因：土壤酸鹼值

（二）研究步驟：

1.去挖取土壤的地方，先挖一個洞，並把土壤 pH 值檢測器插下去。

2.用旁邊的土埋到最上面的金屬環。

【實驗七】: 測量不同土壤的酸鹼值 R² = 0.2165

0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1

0 1 2 3 4 5 6

導電度與發電量的關係

導電度與發電量的關 係

線性(導電度與發電量 的關係)

18

3.等 10 分鐘之後觀看酸鹼值。

圖 7-1：土壤 pH 值檢測器 圖 7-2：先將土壤挖鬆 圖 7-3：將土壤 pH 值檢測器 插入土壤中

（三）研究結果

表十一：不同土壤的 pH 值

類別 植物園 沙坑旁 花圃 水生池旁 培養土

pH值 6.9 5.2 7.0 6.4 5.2

圖 7-4：pH 值與發電量的關係 1.沙坑旁的土壤和培養土的酸鹼值相同，同時也是最酸的土壤。

2.花圃的土壤酸鹼值是最偏中性的，是 7.0。

3.植物園的土壤和水生池旁的土壤酸鹼值則都在 6 到 7 之間。

R² = 0.2045

0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1

4 5 6 7 8

pH值與發電量關係

pH值與發電量關係

線性(pH值與發電量 關係)

19

y = 0.0814x + 0.5466 R² = 0.9892

0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1

0 1 2 3 4 5 6

電壓

產氣量

產氣量與電壓的關係

產氣量與電壓的關係

線性(產氣量與電壓的 關係)

（四）討論

 酸鹼值和發電量的關係？

答：因為在水溶液單元中，我們知道某些酸鹼溶液能夠導電，因此，我們懷疑土壤的發 電量也許會與酸鹼值有相關，不過，實驗的結果未發現，土壤的酸鹼值對發電量有無直 接的影響。

我們從文獻中得知，土壤中的微生物在氧化時會釋放出氣體，於是我們利用自然課流體傳送 動力的實驗裝置來測土壤的產氣量，並從中得知土壤的微生物多寡。

（一）實驗變因

1.操作變因：不同的土壤

2.保持不變的變因：土壤的量、針管的種類、管內空氣的量 3.應變變因：土壤產氣量

（二）研究步驟：

1.先挖取校園內不同種類的土壤 10ml，並放入針管內。

2.將針管活塞壓至 20 ml 的刻度處。

3.把另一個空的針管壓至 0ml 處，並用塑膠軟管連接兩個針管。

（三）研究結果 表十二：不同土壤的產氣量 單位：毫升(ml) 土壤類別 植物園 沙坑旁 花圃 水生池旁 培養土

產氣量 3 4 3 5 4

【實驗八】: 測量不同土壤的產氣量

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1. 水生池旁的土壤產氣量最多。

2. 植物園的土壤和花圃的土壤產氣量最少。

（四）討論

 為什麼水生池的土壤產氣量最多？

答：推測原因為，由於水生池旁的濕度比較高，因此微生物較多，所以產生的氣體量也 較多。

 產氣量和發電量的關係為何？

答：微生物越多的土壤，所產生的氣體也越多。產氣量多的氣體，微生物也越多，因此 發電量也較高。

伍、結論

（一）土壤的發電量會因為地區、植物數量或水分的多寡，進而影響土壤的發電量。

（二）串聯不同杯數的土壤會因為土壤變多了，所以將增加它的發電量，因此串聯越多杯數 的土壤發電量會越高。

（三）電極越大，所接觸到的土壤面積較大，因此可以一次傳輸較多的電，所以發電量較大，

相反的，越小的電極接觸到的土壤面積較小，因此只能傳輸較少的電，發電量也較小，

所以電極的大小會影響土壤的發電量。

（四）雖然我們利用了一些環保廢棄物想要做出更環保好用的電極，但是實際測量的結果，

我們發現還是由鋅銅電極可以產生較大的發電量效應。由於各種電極材質的活性不同，

所以能傳輸的電也不同。

（五）根據實驗五結果，300 克的濕土加 100 克的乾土發電量最高，因此土壤的濕度會影響發 電量。

（六）根據實驗六結果，土壤的導電度與發電量並沒有直接的關係。

（七）根據實驗七結果，土壤的酸鹼值與發電量並沒有直接的關係。

（八）產氣量和發電量有直接的關係，產氣量越多，發電量也越高。

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陸、未來展望

我們曾試著用鐵鋁罐、銅鋅片做電池，但是電壓只和一杯 200ml 的土壤發電量差不多，

而且也測不出電流。希望未來也能繼續以回收的鐵鋁罐當材料來製作電池。並改善沒有電流 的狀況。雖然我們之前有用奇異果代替土壤來測試是否能 LED 燈亮，並比較其和用土壤發電 的亮度大小，但我們發現兩杯土使 LED 燈發亮的程度還比一顆被切半的奇異果電池來得暗，

因此還得繼續改良。

柒、參考資料

吳錫平（2000）。細菌的新用途。人民網。2000 年 9 月 15 日，取自：

http://www.people.com.cn/BIG5/channel2/570/20000915/235147.html (2013/12/20)

林天祐（民 98 年）。細菌發電，把照明帶進非洲。ECO 御宅綠活情報。民 101 年 3 月 1 日，

取自：http：//ecogoodies.blogspot.com/2009/10/blog-post_16.html (2013/10/30)

李佩珈、李佩珏、林儀禎、鄭諭聰、陳怡雯、郭庭慈。來電「漢堡」－環保電池 DIY。第 49 屆全國中小學科展。2009 年 8 月。

林弘恩、黃士恩、李郁柔、劉靜文。來電用「絲絲」－絲藻在微生物燃料電池之應用。第 49 屆全國中小學科展。2009 年 8 月。

林志仁、陳博彥、羅以琳、翁勖椉。細菌電力公司。嘉義市第 30 屆全國中小學科展。2012 年 5 月。

台灣大學農業化學系上課講義(ppt)。土壤化學-氧化還原。檔案取自：

http://teacher.ac.ntu.edu.tw/DYLee/textdownload.htm (2014/2/6)