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微生物燃料電池可以高效發電

2026-04-13 14:22:583928

這種生物膜或“泥”，塗在微生物燃料電池的碳電極上，也作為細菌的飼料，它們產生的電子傳遞到電極，就會產生電力。這種細菌通常見於地球上空30公裏處，已證實可以高效發電。同溫層芽孢杆菌（Bacillus stratosphericus ）這種微生物，通常呈現高濃度，見於地球平流層軌道的衛星中，這是一個重要菌種，可製成新的“超級”生物膜，設計者是一組科學家，來自英國紐卡斯爾大學（Newcastle University）。

微生物燃料電池可以把有機化合物直接轉換成電能，這需要催化氧化。來源：紐卡斯爾大學。他們隔離出75種不同種類的細菌，這些細菌都來自英國康特裏•達勒姆（Country Durham）威爾河口（Wear Estuary），研究小組測試了可以發電的每種細菌，測試使用的是微生物燃料電池（MFC：Microbial Fuel Cell）。他們選擇最好的細菌品種，進行一種微生物的“挑選和混合”，這樣，他們就能夠創造出一種人造生物膜，可以雙倍提高微生物燃料電池的電力輸出，從每立方米105瓦提高到每立方米200瓦。雖然還比較低，但是，這也可提供足夠電力，可以使用電燈，而且可以提供急需的電源，用於世界上沒有通電的地方。在(zai)這(zhe)些(xie)超(chao)級(ji)細(xi)菌(jun)中(zhong)，有(you)同(tong)溫(wen)層(ceng)芽(ya)孢(bao)杆(gan)菌(jun)，這(zhe)種(zhong)微(wei)生(sheng)物(wu)通(tong)常(chang)見(jian)於(yu)大(da)氣(qi)層(ceng)，但(dan)也(ye)會(hui)落(luo)到(dao)地(di)麵(mian)，這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)大(da)氣(qi)循(xun)環(huan)過(guo)程(cheng)，這(zhe)種(zhong)微(wei)生(sheng)物(wu)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)也(ye)分(fen)離(li)出(chu)來(lai)了(le)，是(shi)來(lai)自(zi)威(wei)爾(er)河(he)（River Wear）河床。他們的研究成果2月21日已發表，就在美國化學學會（American Chemical Society）《環境科學與技術雜誌》（Journal of Environmental Science and Technology）上，題為《提高電力生產采用重組人工菌團河口細菌培育為生物膜》（Enhanced Electricity Production by Use of Reconstituted Artificial Consortia of Estuarine Bacteria Grown as Biofilms）。格蘭特•伯吉斯（Grant Burgess）是紐卡斯爾大學海洋生物技術教授，他說，研究表明了“這種技術的潛在力量”。“我們所做的，就是精心操縱微生物組合，設計製成一種生物膜，可以更高效地發電，”他說。“zheshidiyici，gebieweishengwudeyanjiuhexuanzecaiyonglezhezhongfangshi。zhaodaotongwencengyabaoganjunshilingrenjingxide，dantabiaomingdeshizhezhongyouqiantudejishudeweilai，youshushiyiweishengwudouyoukenengfadian。”利用微生物發電並不是新概念，而且已用於廢水處理和汙水處理廠。微生物燃料電池運行方式類似電池，就是使用細菌，把有機化合物直接轉換成電能，采用的工藝稱為生物催化氧化。這種生物膜或“泥”，塗在微生物燃料電池的碳電極上，也作為細菌的飼料，它們產生的電子傳遞到電極，就會產生電力。到(dao)現(xian)在(zai)為(wei)止(zhi)，這(zhe)種(zhong)生(sheng)物(wu)膜(mo)一(yi)直(zhi)在(zai)生(sheng)長(chang)，沒(mei)有(you)受(shou)到(dao)抑(yi)製(zhi)，但(dan)是(shi)，這(zhe)項(xiang)新(xin)研(yan)究(jiu)首(shou)次(ci)表(biao)明(ming)，操(cao)縱(zong)這(zhe)種(zhong)生(sheng)物(wu)膜(mo)，就(jiu)可(ke)以(yi)顯(xian)著(zhe)提(ti)高(gao)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)力(li)輸(shu)出(chu)。資金來自工程和物理科學研究理事會（EPSRC：Engineering and Physical Sciences Research Counci），生物技術和生物科學研究理事會（BBSRC：Biotechnology and Biological Sciences Research Council）和自然環境研究理事會（NERC：Natural Environment Research Council），這項研究確認了大量可發電的細菌。與同溫層芽孢杆菌一樣，另一種發電細菌也在這種混合物中，就是高層芽孢杆菌（Bacillus altitudinis），這種細菌來自上層大氣，也是擬杆菌門（phylum Bacteroidetes）家族的新成員。 tamendelunwenzhongshuo，weishengwuranliaodianchikeyibayoujihuahewuzhijiezhuanhuanchengdianneng，zhexuyaocuihuayanghua，weishengwuranliaodianchisuiranyinfalexiangdangdadexingqu，danshi，henshaoyouxinxitaolunjuyoufadianqianliderengongxijunshengwumo。womencaiyongcusuanyan（acetate）培育的物微生物燃料電池，沉積植入，帶有雙容器瓶和碳布電極，產生的最大輸出功率為175毫瓦/M2，穩定輸出功率為105毫瓦/M2。電力生產需要把電子直接轉移到陽極，電子產生於菌團，這些菌團生長在陽極上，這已經被證實，使用的是循環伏安法（CV：cyclic voltammetry）和掃描電子顯微鏡（SEM）。有20個不同種類的細菌（74種菌株）被分離出來，都源自菌團，這些菌團生長在厭氧條件下，培育是在實驗室進行，其中發現，有34％是產電菌群（exoelectrogens），屬於單一菌種研究。具有產電性能的菌屬，有弧菌屬（genera Vibrio）、腸杆菌（Enterobacter）、枸櫞酸杆菌（Citrobacter）以yi及ji同tong溫wen層ceng芽ya孢bao杆gan菌jun，這zhe已yi經jing證zheng實shi，采cai用yong的de是shi培pei養yang基ji方fang法fa，這zhe還hai是shi第di一yi次ci。微wei生sheng物wu燃ran料liao電dian池chi具ju有you天tian然ran菌jun團tuan，表biao現xian出chu更geng高gao的de功gong率lv密mi度du，勝sheng過guo單dan一yi菌jun株zhu。此ci外wai，最zui大da輸shu出chu功gong率lv可ke進jin一yi步bu增zeng加jia至zhi200毫瓦/M2，隻需要使用一種人造菌團，這種菌團包含最好的25種分離產電菌群，這表明，有可能提高性能，說明這種人工生物膜的重要性，可以提高輸出功率。