微生物燃料電池有望走出實驗室

　　美國賓夕法尼亞州立大學環境工程系教授Bruce Logan的研究組正在嘗試開發微生物燃料電池，可以把未經處理的污水轉變成干凈的水，同時發電。無論對發展中國家還是發達國家，這項“一舉兩得”的技術都相當誘人。更誘人的是，據美國國家自然科學基金會（NSF）網站消息，該項技術未來還可能實現海水淡化，成為“一舉三得”的技術。

　　污水處理費時、費錢還消耗大量能量，基本是個只投入不產出的行業，也是讓各國政府頭疼的一大難題。有數據稱，5%的電力消費被用于污水處理。根據美國國家發展委員會統計，美國每年需要處理330億加侖的生活污水，處理費用大約為250億美元，其中大部分為能源成本。

　　因此，又能凈化水質、又能發電的微生物燃料電池一旦出現，將有望把污水處理變成一個有利可圖的產業。Logan認為，未來污水處理廠通過使用微生物燃料電池不僅可以滿足自身用電，還能向外輸電。

　　傳統的燃料電池利用氫氣發電，但Logan和他的研究小組首次嘗試使用富含有機物的污水來發電。理論上說，直接將污水倒入燃料電池就可以發電同時凈化污水。該電池系統的工作原理是：污水中的細菌以有機物為食，隨之釋放電子，電子在燃料電池的碳棒上集聚，在水中形成電流回路。一旦放電能力提高到一定程度，就可加以利用。

　　早在2005年，Logan的小組就宣布研制出微生物燃料電池。他們在實驗室里產生了72瓦的電流，用以驅動一個小風扇。

　　最近幾年，實驗室在NSF的資助下又獲得一系列進展。例如，除了產生電流，給系統另外加上一點電壓，還能產生氫氣。氫氣是一種環境友好的清潔能源，有多種工業用途。

　　另外，Logan還在試驗往燃料電池中通入海水，這樣不僅能夠產生更多的電能，如果試驗成功，該系統就可以同時產生能量、處理污水并淡化海水，可謂一箭三雕。

　　實際上，微生物燃料電池并不是一個新概念。早在1910年，英國植物學家馬克·比特首次發現了細菌的培養液能夠產生電流，他用鉑作為電極成功制造出了世界第一個微生物燃料電池；1984年，美國制造了一種能在外太空使用的微生物燃料電池，它的燃料為宇航員的尿液和活細菌，不過放電率極低。

　　除了Logan，世界上還有其他的研究組在開發微生物燃料電池，不過都沒有走出實驗室。

　　雖然目前還未有商業產品問世，但多倫多大學的科學家戴維·伯格雷曾估計污水中潛在的電能價值是其處理成本的10倍。Logan則認為，只要能利用潛在電能的1/20，污水處理廠就可以解決污水處理成本。不過他估計，微生物燃料電池實現工業應用還需5～10年。

　　在現階段，Logan指出，突破工業應用的關鍵問題仍然是如何繼續降低成本、提高電池性價比。

　　據悉，在早期的研究中，Logan小組使用了大量昂貴的材料，如昂貴的石墨電極、聚合物以及鉑等貴金屬。但其最新的電池系統已經使用了更便宜并且環境友好的材料。“我們現在已經可以不用任何貴金屬。”Logan說。