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微生物燃料電池可以高效發電

2026-04-12 05:07:593911

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。“這(zhe)是(shi)第(di)一(yi)次(ci)，個(ge)別(bie)微(wei)生(sheng)物(wu)的(de)研(yan)究(jiu)和(he)選(xuan)擇(ze)采(cai)用(yong)了(le)這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)。找(zhao)到(dao)同(tong)溫(wen)層(ceng)芽(ya)孢(bao)杆(gan)菌(jun)是(shi)令(ling)人(ren)驚(jing)喜(xi)的(de)，但(dan)它(ta)表(biao)明(ming)的(de)是(shi)這(zhe)種(zhong)有(you)前(qian)途(tu)的(de)技(ji)術(shu)的(de)未(wei)來(lai)，有(you)數(shu)十(shi)億(yi)微(wei)生(sheng)物(wu)都(dou)有(you)可(ke)能(neng)發(fa)電(dian)。”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。他ta們men的de論lun文wen中zhong說shuo，微wei生sheng物wu燃ran料liao電dian池chi可ke以yi把ba有you機ji化hua合he物wu直zhi接jie轉zhuan換huan成cheng電dian能neng，這zhe需xu要yao催cui化hua氧yang化hua，微wei生sheng物wu燃ran料liao電dian池chi雖sui然ran引yin發fa了le相xiang當dang大da的de興xing趣qu，但dan是shi，很hen少shao有you信xin息xi討tao論lun具ju有you發fa電dian潛qian力li的de人ren工gong細xi菌jun生sheng物wu膜mo。我wo們men采cai用yong醋cu酸suan鹽yan（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(zhi)200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。