細(xì)菌發(fā)電，即利用細(xì)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(xiàn)有幾種細(xì)菌的培養(yǎng)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(yǎng)液里,，成功地制造出世界上第一個細(xì)菌電池,。
細(xì)菌發(fā)電 - 歷史
1910年英國植物學(xué)家馬克·皮特首先發(fā)現(xiàn)有幾種細(xì)菌的培養(yǎng)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(yǎng)液里,，成功地制造出世界上第一個細(xì)菌電池。
1984年,，美國科學(xué)家設(shè)計出一種太空飛船使用的細(xì)菌電池,，其電極的活性物質(zhì)是宇航員的尿液和活細(xì)菌。不過,，那時的細(xì)菌電池放電效率較低,。
直到20世紀(jì)80年代末，細(xì)菌發(fā)電才有了重大突破,，英國化學(xué)家彼得·彭托在細(xì)菌發(fā)電研究方面才取得了重大進(jìn)展,。他讓細(xì)菌在電池組里分解分子，以釋放出電子向陽極運(yùn)動產(chǎn)生電能,。在糖液中他還添加了某些諸如染料之類的芳香族化合物作稀釋劑，來提高生物系統(tǒng)中輸送電力的能力,。在細(xì)菌發(fā)電期間,，還要往電池里不斷充入空氣，用以攪拌細(xì)菌培養(yǎng)液和氧化物質(zhì)的混合物,。據(jù)計算,，利用這種細(xì)菌電池每100克糖可獲得135.293×10^4庫侖的電，其效率可達(dá)40%,。這已遠(yuǎn)高于目前使用的太陽電池的效率,，何況其還有再提高10%的潛力可挖。只要不斷給這種細(xì)菌電池里添入糖,，就可獲得2安培的電流,，且能持續(xù)數(shù)月之久。
細(xì)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(xiàn)有幾種細(xì)菌的培養(yǎng)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(yǎng)液里，成功地制造出世界上第一個細(xì)菌電池,。
細(xì)菌發(fā)電 - 原理
讓細(xì)菌在電池組里分解分子,，以釋放出電子向陽極運(yùn)動產(chǎn)生電能。在糖液中他還添加了某些諸如染料之類的芳香族化合物作稀釋劑,，來提高生物系統(tǒng)中輸送電力的能力,。 在細(xì)菌發(fā)電期間，還要往電池里不斷充入空氣,，用以攪拌細(xì)菌培養(yǎng)液和氧化物質(zhì)的混合物,。據(jù)計算,，利用這種細(xì)菌電池每100克糖可獲得135.293×104庫侖的電，其效率可達(dá)40%,。這已遠(yuǎn)高于目前使用的太陽電池的效率,，何況其還有再提高10%的潛力可挖。只要不斷給這種細(xì)菌電池里添入糖,，就可獲得2安培的電流,，且能持續(xù)數(shù)月之久。 利用這種細(xì)菌發(fā)電原理,，還可以建立細(xì)菌發(fā)電站,，計算表明一個功率為1000千瓦的細(xì)菌發(fā)電站，僅需要1000立方米體積的細(xì)菌培養(yǎng)液,，每小時消耗200千克糖即可維持其運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電,。而這種電站是一種不污染環(huán)境的\"綠色\"電站，其運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的廢物基本上是二氧化碳和水,。
細(xì)菌發(fā)電 - 糖原料細(xì)菌發(fā)電
兩位美國科學(xué)家宣稱,，他們已發(fā)明了世界上第一種能夠發(fā)電的“細(xì)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,，這種電池的原料是地下的細(xì)菌，它們在吞噬糖的過程中,，能夠把能量轉(zhuǎn)化為電,。
這一原型電力裝置加滿原料后，可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)長達(dá)25天,，而且成本低,，性能穩(wěn)定。拉威萊在接受媒體采訪時說：“這是一種獨特的有機(jī)體,。”他還簡要描述了這項技術(shù)的潛在應(yīng)用價值,。正處于研究階段的細(xì)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(xiàn)的,，研究人員認(rèn)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業(yè)雜志《自然生物工藝學(xué)》上發(fā)表。
他倆制造了一個有兩個封閉空間的容器,，每一個空間都有一個石墨電極,，并被薄膜隔開。其中一個空間中放有R.ferriducens,，它們在葡萄糖溶液中游動,，在產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后分解為二氧化碳(CO2)和電子。電子被傳輸?shù)礁浇碾姌O(陽極),，然后又通過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題很早便已提出,，但直到現(xiàn)在他們?nèi)耘f面臨成本高以及能效低等問題。拉威萊說,，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,。通過這種方式發(fā)電，最佳效率可達(dá)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)可以穿過封閉空間的薄膜進(jìn)入容器，把自由電子傳輸?shù)疥枠O,。
不過,，這幾種起催化作用的化學(xué)物質(zhì)的價格非常昂貴，而且還需要經(jīng)常補(bǔ)充,，這使得它們不適于用做一種簡單的長期的能源,。
由查德烏里和拉威萊制造的原型機(jī)能夠生成少量的電流，充其量只夠一個計算器或圣誕樹燈泡的電力供應(yīng),。然而,，作為細(xì)菌電力的明證，這種機(jī)器誕生的影響不可估量,。它的能效達(dá)到驚人的83%，這也預(yù)示著,，一旦克服工程技術(shù)障礙,，找到解決生產(chǎn)技術(shù)的方案，將來有一天,，它可以當(dāng)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的含糖副產(chǎn)品的木糖，都可以充當(dāng)它的原料,。此外,，由于細(xì)菌穩(wěn)定性強(qiáng)，它們能夠在4℃到30℃(39.2至86華氏度)之間生長,。細(xì)菌的最佳生長溫度為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,，這種工藝確實會產(chǎn)生二氧化碳(導(dǎo)致溫室效應(yīng)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：“從短期看,，這種技術(shù)可用來生產(chǎn)手機(jī)電池。”
拉威萊說,，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(jiān)視過往船只及潛艇的水下擴(kuò)音器和聲吶提供動力,。對于那些生活在偏遠(yuǎn)地區(qū)的窮人來說，通過這項技術(shù),，動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(xì)菌發(fā)電 - 重金屬原料細(xì)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,，一種能去除地下鈾污染物的細(xì)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(xì)菌的基因圖譜，稱它有100多個基因能夠使金屬發(fā)生化學(xué)變化,，使之產(chǎn)生電能,。
據(jù)科學(xué)家介紹，這種地下細(xì)菌的基因組中有100個或更多的基因,，能編碼不同的C型細(xì)胞色素,，還具有能來回移動電子的蛋白質(zhì)。
這種細(xì)菌還有能幫助其吞噬金屬的基因,。此外,，這種先前被認(rèn)為只能在無氧環(huán)境里存在的細(xì)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(yù)計的清潔環(huán)境的用處更大。
細(xì)菌發(fā)電 - 相關(guān)研究
在淡水池塘中常見的一種細(xì)菌也可以用來連續(xù)發(fā)電,。這種細(xì)菌不僅能分解有機(jī)污染物,，而且還能抵抗多種惡劣環(huán)境。他們的發(fā)現(xiàn)有兩個與眾不同之處：首先是發(fā)電的細(xì)菌屬于脫硫菌家族,，這個家族的細(xì)菌在淡水環(huán)境中很普遍,，而且已被人類用于消除含硫的有機(jī)污染物;其次是在外界環(huán)境不利或養(yǎng)分不足時，脫硫菌可以變成孢子態(tài),，而孢子能夠在高溫,、強(qiáng)輻射等惡劣環(huán)境中生存，一旦環(huán)境有利又可以長成正常狀態(tài)的菌株,。用這種細(xì)菌制成的燃料電池,，只要有足夠的有機(jī)物作為“食物來源”,，電池中的細(xì)菌就能通過分解食物持續(xù)釋放出帶電粒子。
人們還發(fā)現(xiàn),，細(xì)菌還具有捕捉太陽能并把它直接轉(zhuǎn)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%的陽光轉(zhuǎn)化成化學(xué)物質(zhì)時，即可產(chǎn)生電荷,?？茖W(xué)家們利用它們制造出一個小型實驗性太陽能細(xì)菌電池，結(jié)果證明是可以用嗜鹽性細(xì)菌來發(fā)電的,，用鹽代替糖,，其成本就大大降低了。由此可見,，讓細(xì)菌為人類供電已不是遙遠(yuǎn)的設(shè)想,，而是不久的現(xiàn)實 。
細(xì)菌發(fā)電 - 前景與研究
利用其原理,，還可以建立細(xì)菌發(fā)電站,。在10米見方的立方體盛器里充滿細(xì)菌培養(yǎng)液，就可建立一個1000千瓦的細(xì)菌發(fā)電站,，每小時的耗糖量為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(jī)物的水解物來代替糖液，因此,，細(xì)菌發(fā)電的前景十分誘人,。
現(xiàn)在，各發(fā)達(dá)國家如八仙過海,，各顯神通：美國設(shè)計出一種綜合細(xì)菌電池,，是由電池里的單細(xì)胞藻類首先利用太陽光將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為糖，然后再讓細(xì)菌利用這些糖來發(fā)電;日本將兩種細(xì)菌放入電池的特制糖漿中,，讓一種細(xì)菌吞食糖漿產(chǎn)生醋酸和有機(jī)酸,，而讓另一種細(xì)菌將這些酸類轉(zhuǎn)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(xì)菌電池,。（生物谷 Bioon.com）
