據物理學家組織網近日報道，美國斯坦福大學的工程師設計出一種從污水中“提取”潛在電能的新型方式，即使用自然界存在的“產電菌”設計的一種微生物電池，能夠在消化分解污水中動植物廢物時，充當小型的高效發電廠。該研究成果刊登在最新一期的《美國國家科學院院刊》上。
研究人員估計，這種微生物電池可以提取約30%在廢水中的潛在能源，與市面銷售最好的太陽能電池的光電轉換率大致相同。希望未來可將其用于污水處理廠，或者在湖泊、沿海水域的“死亡區”分解有機污染物，如消耗氧氣水平和令海洋生物窒息的化肥殘留和其他有機廢物。
該大學土木與環境工程學系柯瑞多教授介紹，“在實驗室里，該微生物電池的原型如同D型電池般大小，帶有一正一負兩個電極。將其沒入一瓶陰暗的廢水之中，‘產電菌’附著在負電極猶如黏在船體上的藤壺，對水中有機廢物顆粒‘大快朵頤’，所發出的電子被電池正極捕獲。研究人員稱其在捕撈電子。”
在過去的十幾年來，幾個研究小組嘗試了各種方式使用這種不尋常類型的細菌發電，但實驗證明，其能源效率尚有待提高。而新型微生物電池設計成可使這些產電菌簡單工作，并且高效發電。
通過電子顯微鏡可見，在電池的負極，“產電菌”將其乳白色卷須粘住碳絲，作為有效電導體。當這些微生物攝取有機物后轉換成生物燃料，它們多余的電子流動到碳絲和穿過正電極，而電極是由可吸引電子的材料氧化銀構成。在正電極存儲多余電子的過程中，一天左右可滿荷電子，而流入正極節點的電子逐漸使氧化銀減少形成銀，最大程度上將其還原為銀，然后將銀從電池中取出，又可重新形成氧化銀循環使用。
研究人員稱，微生物電池是值得努力開發的，因為它可以彌補一些現在用于處理廢水的電力。而目前在發達國家廢水處理耗電占總用電負荷的3%左右。研究人員說，未來最大的挑戰將是找到一種廉價而高效的正極節點材料。現在所展示的是采用氧化銀的原理，但銀太貴不適合大規模應用。雖然尋找更為實用的材料正在進行中，但尋找替代者尚需一段時間。
|
