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| 微生物污水发电匹敌太阳能电池 |
| 加入时间：2013-09-26 来源：本站 作者：lihonglei |
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美国斯坦福大学的工程师开发了一种从污水发电的方式，使用自然存在的“有线微生物”作为电力生产工厂，这些细菌在消化植物和动物废物后即可产生电力。
在池塘、河流、沉积物、土壤以及废水中，都可存在产电。这种产电菌即阳极的催化剂，以阳极作为电子受体，催化了底物的氧化反应，并能将电能传送到导电材料上。科学家们知道这种称之为产电微生物（exoelectrogenic）的细菌，是在不接触空气的环境下存在的微生物体，并不需要呼吸氧气才能将有机养分转换成生物燃料。在过去的十几年左右，几个研究小组尝试了各种方式来使用这些微生物发电机，但有效地采集到这些能源非常困难。
斯坦福大学研究人员设计的新的微生物电池简单而有效，能捕捉这些发电细菌的工作成果。他们希望它会用于污水处理厂，或分解湖泊和沿海水域“死区”里的有机污染物，减少化肥和其他有机废物对水里氧气的消耗降低窒息海洋生物的危险。
目前，他们的实验室原型有一节D-cell电池的大小，看起来像一个化学实验，有正负两个电极，插入到一瓶废水中。小瓶里，像藤壶附着在船体上，食用有机废物颗粒的细菌附着在负极上产生电力，由电池的正极捕获电力。
土木与环境工程学系教授克里多（CraigCriddle）说：“我们称它捕捞电子。”
研究论文于9月16日发表在《国家科学院》杂志上，合著者为材料科学家崔易（YiCui）、克里多（CraigCriddle）、谢幸（XingXie）。
在电池的负极，有线微生物菌落附着在碳丝上，碳丝作为有效的电导体。使用扫描型电子显微镜，斯坦福研究人员拍摄到这些微生物的乳白色卷须附着在细碳丝上的照片。
克里多说，“你可以看到，微生物通过纳米线倾倒多余的电子”。人的头发丝的宽度下，可容纳100个这种微生物并排放置。
这些微生物摄取有机物质，并将其转换成生物燃料，并将其多余的电子排放入碳细丝，碳细丝连至正极，正极由吸引电子的材料氧化银制成。
注入正极的电子流逐渐还原氧化银成为银，这个过程中可存储多余的电子。谢幸说，一天左右，正极吸收满电子，且大部份还原成银。此时，从电池中取出正极，将其重新氧化成氧化银，并释放其所存储的电子。
相当于最好的市售太阳能电池
斯坦福大学的工程师估计，微生物电池可以提取废水中的约30％能量，与最好的市售太阳能电池将太阳光转换成电能的效率大致相同。
当然，废水能量潜力不太大。即便如此，发明者说，微生物电池值得研究，因为它可能会补偿一些用于处理废水的电力。目前在发达国家总用电负荷有3％用于处理废水。常规处理厂所消耗的大部份电力用于向废水泵入空气，普通细菌在消化的过程中需要氧气，就像人类和其他动物一样。
展望未来，斯坦福大学的工程师说，他们最大的挑战将是找到一种廉价而高效的正极材料。
材料科学与工程副教授崔易说，“我们展示了氧化银的作用原理，但大规模使用银太贵。”找到合适的新材料还需要一段时间。 |
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