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新型微生物电池利用污水高效发电

来源:科技日报  发布日期:2013.09.18     发布时间:2017-07-05

  科技日报讯 据物理学家组织网9月16日报道,美国斯坦福大学的工程师设计出一种从污水中“提取”潜在电能的新型方式,即使用自然界存在的“产电菌”设计的一种微生物电池,能够在消化分解污水中动植物废物时,充当小型的高效发电厂。该研究成果刊登在最新一期的《美国国家科学院院刊》上。

  研究人员估计,这种微生物电池可以提取约30%在废水中的潜在能源,与市面销售最好的太阳能电池的光电转换率大致相同。希望未来可将其用于污水处理厂,或者在湖泊、沿海水域的“死亡区”分解有机污染物,如消耗氧气水平和令海洋生物窒息的化肥残留和其他有机废物。

  该大学土木与环境工程学系柯瑞多教授介绍,“在实验室里,该微生物电池的原型如同D型电池般大小,带有一正一负两个电极。将其没入一瓶阴暗的废水之中,‘产电菌’附着在负电极犹如黏在船体上的藤壶,对水中有机废物颗粒‘大快朵颐’,所发出的电子被电池正极捕获。研究人员称其在捕捞电子。”

  在过去的十几年来,几个研究小组尝试了各种方式使用这种不寻常类型的细菌发电,但实验证明,其能源效率尚有待提高。而新型微生物电池设计成可使这些产电菌简单工作,并且高效发电。

  通过电子显微镜可见,在电池的负极,“产电菌”将其乳白色卷须粘住碳丝,作为有效电导体。当这些微生物摄取有机物后转换成生物燃料,它们多余的电子流动到碳丝和穿过正电极,而电极是由可吸引电子的材料氧化银构成。在正电极存储多余电子的过程中,一天左右可满荷电子,而流入正极节点的电子逐渐使氧化银减少形成银,最大程度上将其还原为银,然后将银从电池中取出,又可重新形成氧化银循环使用。

  研究人员称,微生物电池是值得努力开发的,因为它可以弥补一些现在用于处理废水的电力。而目前在发达国家废水处理耗电占总用电负荷的3%左右。研究人员说,未来最大的挑战将是找到一种廉价而高效的正极节点材料。现在所展示的是采用氧化银的原理,但银太贵不适合大规模应用。虽然寻找更为实用的材料正在进行中,但寻找替代者尚需一段时间。(华凌)

(来源:科技日报)