微生物电池

　　Title 微生物电池

　　煤炭、石油、天然气，是当前人类生活中的主要能源。随着人类社会的发展和生活水平的提高，需要消耗的能量日益增多。可是这些大自然恩赐的能源物质是通过千万年的地壳变化而逐渐积累起来的，数量虽多，但毕竟有限。因此，人们终将面临能源危机的一天。

　　当然，人们可以从许多方面获取能源。例如太阳能就是一个巨大的能源。此外像地热、水力、原子核裂变都可以放出大量的热能。试验研究表明，利用微生物发电，向人们展示出美好的前景。

　　电池有很多种类，燃料电池是这个家族中的后起之秀。一般电池是由正极、负极、电解质三部分构成，燃料电池也是这样：让燃料在负极的一头发生化学反应，失去电子；让氧化剂在正极的一头发生反应，得到从负极经过导线跑过来的电子。同普通电池一样，这时候导线里就有电流通过。

　　电极活性物质

　　燃料电池可以用氢、联氨、甲醇、甲醛、甲烷、乙烷等作燃料，以氧气、空气、双氧水等为氧化剂。我们可以利用微生物的生命活动产生的所谓“电极活性物质”作为电池燃料，然后通过类似于燃料电池的办法，把化学能转换成电能，成为微生物电池。

　　作为微生物电池的电极活性物质，主要是氢、甲酸、氨等等。例如，人们已经发现不少能够产氢的细菌，其中属于化能异养菌的有三十多种，它们能够发酵糖类、醇类、有机酸等有机物，吸收其中的化学能来满足自身生命活动的需要，同时把另一部分的能量以氢气的形式释放出来。有了这种氢作燃料，就可以制造出氢氧型的微生物电池来。

　　在密闭的宇宙飞船里，宇航员排出的尿怎么办？美国宇航局设计了一种巧妙的方案：用微生物中的芽孢杆菌来处理尿，生产出氨气，以氨作电极活性物质，就得到了微生物电池，这样既处理了尿，又得到了电能。一般在宇航条件下，每人每天排出22克尿，能得到47瓦电力。同样的道理，也可以让微生物从废水的有机物当中取得营养物质和能源，生产出电池所需要的燃料。

　　尽管微生物电池还处在试验研究的阶段，但它预示着不久的将来，将给人类提供更多的能源。

　　早期将微生物发酵的产物作为电池的燃料；

　　1910年，英国植物学家马克·比特首次发现了细菌的培养液能够产生电流，他用铂作为电极成功制造出了世界第一个微生物燃料电池；

　　20世纪60年代微生物发酵和产电过程合为一体；

　　20世纪80年代电子传递中间体的广泛应用；

　　1984年，美国制造了一种能在外太空使用的微生物燃料电池，它的燃料为宇航员的尿液和活细菌，不过放电率极低；

　　2002年后，无需使用电子传递中间体。

　　2016年，英国巴斯大学、伦敦大学玛丽皇后学院及布里斯托尔生物能源中心的研究人员共同推出了一款以尿液为燃料的微生物燃料电池。