細菌發(fā)電，即利用細菌的能量發(fā)電。歷史可以追溯到1910年，英國植物學(xué)家馬克·皮特首先發(fā)現有幾種細菌的培養液能夠產(chǎn)生電流。于是他以鉑作電極，放進(jìn)大腸桿菌或普通酵母菌的培養液里，成功地制造出世界上第一個(gè)細菌電池。
細菌發(fā)電 - 歷史
1910年英國植物學(xué)家馬克·皮特首先發(fā)現有幾種細菌的培養液能夠產(chǎn)生電流。于是他以鉑作電極，放進(jìn)大腸桿菌或普通酵母菌的培養液里，成功地制造出世界上第一個(gè)細菌電池。
1984年，美國科學(xué)家設計出一種太空飛船使用的細菌電池，其電極的活性物質(zhì)是宇航員的尿液和活細菌。不過(guò)，那時(shí)的細菌電池放電效率較低。
直到20世紀80年代末，細菌發(fā)電才有了重大突破，英國化學(xué)家彼得·彭托在細菌發(fā)電研究方面才取得了重大進(jìn)展。他讓細菌在電池組里分解分子，以釋放出電子向陽(yáng)極運動(dòng)產(chǎn)生電能。在糖液中他還添加了某些諸如染料之類(lèi)的芳香族化合物作稀釋劑，來(lái)提高生物系統中輸送電力的能力。在細菌發(fā)電期間，還要往電池里不斷充入空氣，用以攪拌細菌培養液和氧化物質(zhì)的混合物。據計算，利用這種細菌電池每100克糖可獲得135.293×10^4庫侖的電，其效率可達40%。這已遠高于目前使用的太陽(yáng)電池的效率，何況其還有再提高10%的潛力可挖。只要不斷給這種細菌電池里添入糖，就可獲得2安培的電流，且能持續數月之久。
細菌發(fā)電 - 首次成功
美國植物學(xué)家馬克·皮特在1910年首先發(fā)現有幾種細菌的培養液能夠產(chǎn)生電流。于是他以鉑作電極，放進(jìn)大腸桿菌或普通酵母菌的培養液里，成功地制造出世界上第一個(gè)細菌電池。
細菌發(fā)電 - 原理
讓細菌在電池組里分解分子，以釋放出電子向陽(yáng)極運動(dòng)產(chǎn)生電能。在糖液中他還添加了某些諸如染料之類(lèi)的芳香族化合物作稀釋劑，來(lái)提高生物系統中輸送電力的能力。 在細菌發(fā)電期間，還要往電池里不斷充入空氣，用以攪拌細菌培養液和氧化物質(zhì)的混合物。據計算，利用這種細菌電池每100克糖可獲得135.293×104庫侖的電，其效率可達40%。這已遠高于目前使用的太陽(yáng)電池的效率，何況其還有再提高10%的潛力可挖。只要不斷給這種細菌電池里添入糖，就可獲得2安培的電流，且能持續數月之久。 利用這種細菌發(fā)電原理，還可以建立細菌發(fā)電站，計算表明一個(gè)功率為1000千瓦的細菌發(fā)電站，僅需要1000立方米體積的細菌培養液，每小時(shí)消耗200千克糖即可維持其運轉發(fā)電。而這種電站是一種不污染環(huán)境的\"綠色\"電站，其運轉產(chǎn)生的廢物基本上是二氧化碳和水。
細菌發(fā)電 - 糖原料細菌發(fā)電
兩位美國科學(xué)家宣稱(chēng)，他們已發(fā)明了世界上第一種能夠發(fā)電的“細菌電池”。這項研究是由五角大樓提供資金支持的，該項目的兩位研究員馬薩諸塞州立大學(xué)的斯瓦德斯·查德烏里(印度籍)和德里克·拉威萊(美國籍)說(shuō)，這種電池的原料是地下的細菌，它們在吞噬糖的過(guò)程中，能夠把能量轉化為電。
這一原型電力裝置加滿(mǎn)原料后，可以正常運轉長(cháng)達25天，而且成本低，性能穩定。拉威萊在接受媒體采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)：“這是一種獨特的有機體�！彼�簡(jiǎn)要描述了這項技術(shù)的潛在應用價(jià)值。正處于研究階段的細菌叫Rhodoferaxferriducens，是研究人員在弗吉尼亞奧伊斯特貝地底深處不通風(fēng)的沉淀物中發(fā)現的，研究人員認為它是使糖氧化的最理想的“候選者”。兩位科學(xué)家的研究成果已在專(zhuān)業(yè)雜志《自然生物工藝學(xué)》上發(fā)表。
他倆制造了一個(gè)有兩個(gè)封閉空間的容器，每一個(gè)空間都有一個(gè)石墨電極，并被薄膜隔開(kāi)。其中一個(gè)空間中放有R.ferriducens，它們在葡萄糖溶液中游動(dòng)，在產(chǎn)生化學(xué)反應后分解為二氧化碳(CO2)和電子。電子被傳輸到附近的電極(陽(yáng)極)，然后又通過(guò)外電路傳送到另一塊電極(陰極)：電源。
盡管有關(guān)微生物燃料電池的問(wèn)題很早便已提出，但直到現在他們仍舊面臨成本高以及能效低等問(wèn)題。拉威萊說(shuō)，它們的效率很低，一般為“10%或更低”，相對于它們提供的功率，這種產(chǎn)出所付出的成本極高。通過(guò)這種方式發(fā)電，最佳效率可達約50%。但這需要添加幾種起催化作用的化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)可以穿過(guò)封閉空間的薄膜進(jìn)入容器，把自由電子傳輸到陽(yáng)極。
不過(guò)，這幾種起催化作用的化學(xué)物質(zhì)的價(jià)格非常昂貴，而且還需要經(jīng)常補充，這使得它們不適于用做一種簡(jiǎn)單的長(cháng)期的能源。
由查德烏里和拉威萊制造的原型機能夠生成少量的電流，充其量只夠一個(gè)計算器或圣誕樹(shù)燈泡的電力供應。然而，作為細菌電力的明證，這種機器誕生的影響不可估量。它的能效達到驚人的83%，這也預示著(zhù)，一旦克服工程技術(shù)障礙，找到解決生產(chǎn)技術(shù)的方案，將來(lái)有一天，它可以當做普通電池用。
不僅葡萄糖可以作為它的原料，而且果糖、蔗糖，甚至從木頭和稻草中提取出來(lái)的含糖副產(chǎn)品的木糖，都可以充當它的原料。此外，由于細菌穩定性強，它們能夠在4℃到30℃(39.2至86華氏度)之間生長(cháng)。細菌的最佳生長(cháng)溫度為25℃(77華氏度)。
如果所有的燃料都用完了，科學(xué)家仍舊有辦法。拉威萊說(shuō)，這種工藝確實(shí)會(huì )產(chǎn)生二氧化碳(導致溫室效應的氣體)等對空氣造成污染的物質(zhì)，但與使用礦物燃料所排出的廢氣相比，它對全球變暖的危害要低得多。拉威萊說(shuō)：“從短期看，這種技術(shù)可用來(lái)生產(chǎn)手機電池�！�
拉威萊說(shuō)，這項技術(shù)也可用于其他環(huán)境條件下，比如在充電條件困難以及成本高的情況下。他說(shuō)美國國防部對這項技術(shù)非常感興趣，他們計劃使用這項技術(shù)為監視過(guò)往船只及潛艇的水下擴音器和聲吶提供動(dòng)力。對于那些生活在偏遠地區的窮人來(lái)說(shuō)，通過(guò)這項技術(shù)，動(dòng)物糞便或污水等含有碳水化合物的廢物，都能為電冰箱和爐子提供電力。
細菌發(fā)電 - 重金屬原料細菌發(fā)電
美國研究人員在美國《科學(xué)》周刊上發(fā)表文章稱(chēng)，一種能去除地下鈾污染物的細菌也許能夠發(fā)電。
美國馬里蘭州羅克維爾的基因組研究所和馬薩諸塞大學(xué)組成的聯(lián)合小組破解了這種能吞噬金屬的地下細菌的基因圖譜，稱(chēng)它有100多個(gè)基因能夠使金屬發(fā)生化學(xué)變化，使之產(chǎn)生電能。
據科學(xué)家介紹，這種地下細菌的基因組中有100個(gè)或更多的基因，能編碼不同的C型細胞色素，還具有能來(lái)回移動(dòng)電子的蛋白質(zhì)。
這種細菌還有能幫助其吞噬金屬的基因。此外，這種先前被認為只能在無(wú)氧環(huán)境里存在的細菌，可能具有在有氧條件下發(fā)揮某種功能的基因。它們能在深層地下水中產(chǎn)生電能，這比先前預計的清潔環(huán)境的用處更大。
細菌發(fā)電 - 相關(guān)研究
在淡水池塘中常見(jiàn)的一種細菌也可以用來(lái)連續發(fā)電。這種細菌不僅能分解有機污染物，而且還能抵抗多種惡劣環(huán)境。他們的發(fā)現有兩個(gè)與眾不同之處：首先是發(fā)電的細菌屬于脫硫菌家族，這個(gè)家族的細菌在淡水環(huán)境中很普遍，而且已被人類(lèi)用于消除含硫的有機污染物;其次是在外界環(huán)境不利或養分不足時(shí)，脫硫菌可以變成孢子態(tài)，而孢子能夠在高溫、強輻射等惡劣環(huán)境中生存，一旦環(huán)境有利又可以長(cháng)成正常狀態(tài)的菌株。用這種細菌制成的燃料電池，只要有足夠的有機物作為“食物來(lái)源”，電池中的細菌就能通過(guò)分解食物持續釋放出帶電粒子。
人們還發(fā)現，細菌還具有捕捉太陽(yáng)能并把它直接轉化成電能的“特異功能”。最近，美國科學(xué)家在死海和大鹽湖里找到一種嗜鹽桿菌，它們含有一種紫色素，在把所接受的大約10%的陽(yáng)光轉化成化學(xué)物質(zhì)時(shí)，即可產(chǎn)生電荷�？茖W(xué)家們利用它們制造出一個(gè)小型實(shí)驗性太陽(yáng)能細菌電池，結果證明是可以用嗜鹽性細菌來(lái)發(fā)電的，用鹽代替糖，其成本就大大降低了。由此可見(jiàn)，讓細菌為人類(lèi)供電已不是遙遠的設想，而是不久的現實(shí) 。
細菌發(fā)電 - 前景與研究
利用其原理，還可以建立細菌發(fā)電站。在10米見(jiàn)方的立方體盛器里充滿(mǎn)細菌培養液，就可建立一個(gè)1000千瓦的細菌發(fā)電站，每小時(shí)的耗糖量為200千克，發(fā)電成本是高了一些，但這是一種不會(huì )污染環(huán)境的\"綠色\"電站，更何況技術(shù)發(fā)展后，完全可以用諸如鋸末、秸稈、落葉等廢有機物的水解物來(lái)代替糖液，因此，細菌發(fā)電的前景十分誘人。
現在，各發(fā)達國家如八仙過(guò)海，各顯神通：美國設計出一種綜合細菌電池，是由電池里的單細胞藻類(lèi)首先利用太陽(yáng)光將二氧化碳和水轉化為糖，然后再讓細菌利用這些糖來(lái)發(fā)電;日本將兩種細菌放入電池的特制糖漿中，讓一種細菌吞食糖漿產(chǎn)生醋酸和有機酸，而讓另一種細菌將這些酸類(lèi)轉化成氫氣，由氫氣進(jìn)入磷酸燃料電池發(fā)電;英國則發(fā)明出一種以甲醇為電池液，以醇脫氫酶鉑金為電極的細菌電池。
（來(lái)源：中國投資咨詢(xún)網(wǎng)）
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