微生物燃料电池可以为未来提供动力

2017年8月22日出版

利用微生物代谢分解有机/无机物质以产生电流的技术可能是未来发电和废物管理的一个有前途的解决方案。

燃料电池基本上是一种通过化学反应将燃料中的化学能转化为电能的装置。

同样,微生物燃料电池(MFCs)是一种电化学装置,利用微生物的代谢活性氧化燃料,从而通过直接或介导的电子转移到电极产生电流。

MFC利用微生物代谢从降解的有机/无机物质产生电流。微生物把储存在这些可生物降解的有机和无机化合物中的能量转换成电能。物质的降解导致电子的释放,然后电子被转移到阴极,在那里它们与质子和电子受体结合,最终导致还原反应。

燃料电池最普遍的工作机制是碱性、碳酸盐、磷酸、固体氧化物和聚合物电解质膜。


mfc被认为是下一代能源

mfc的主要应用领域是废物处理和发电。研究人员曾试图利用这些属的微生物Desulfurmonas核废料旁边,酿酒,埃希氏杆菌属发电。

Cambrian Innovation正与美国陆军合作测试一种MFC,该MFC可以将2250升污水转化为清洁水,并产生足够的电力自给自足。

同样,在“生活建筑研究项目”(Living Architecture research project)下,科学家们正在开发可以发电的建筑材料。因此,研究人员已经对合成微生物进行了编程,并将它们插入MFC中,然后再将MFC放入陶瓷块中。这些mfc实际上是活的,会产生正电荷和负电荷。研究人员还在格拉斯顿伯里音乐节(Glastonbury music festival)上用富含mfc的砖为选定的小便池供电。


mfc还有其他的应用

mfc已被用于产生氢气,其中阳极电位随附加电压的增加而增加。MFC还被用作污染物分析和酸碱生产的生物传感器。

mfc适用于为电化学传感器和小型遥测系统供电,将信号发送到远程接收器。微生物已被用作生物需氧量传感器。然而,MFC已被观察到具有更好的操作可持续性和再现性,其操作寿命几乎为5年。


mfc需要克服一些挑战来充分发挥其潜力

MFC的发展还处于起步阶段,目前系统实现的功率密度需要进一步改进。研究人员仍在微调这一过程的效率,特别是在需要通过更多基质来“扩大”发电的领域。MFC的在污水处理中的应用还取决于重要的变量,如有机物的浓度和生物降解性、废水温度和有毒化学物质的存在。

除了可靠性和可扩展性,MFC系统也需要简化,以使其更具成本效益,在一个太阳能和风能发电与煤炭发电相当的时代,这一因素可能会影响其采用。目前MFC技术中使用的阳极材料,如石墨泡沫、网状玻璃碳和石墨,都过于昂贵,无法大规模应用。此外,阳极不仅作为导体,而且作为细菌的载体。因此,表面粗糙度、良好的生物相容性、细菌与电极表面之间有效的电子传递等材料因素是促进生物催化活性的关键因素。