Chemistry 版 (精华区)

发信人: Appolo (want come back my friends ), 信区: Chemistry
标  题: 微生物燃料电池 污水变净发电两不误
发信站: BBS 哈工大紫丁香站 (Tue Nov 23 17:14:40 2004)

自工业革命以来，污水处理一直是困扰发达国家和发展中国家的一大难题，因为它耗费巨
大，完全是个只投入、不产出的行业。而新型微生物燃料电池不仅可以净化水质，还可以
发电，它的出现有望把污水处理变成一个有利可图的产业。虽然目前该产品还在不断改进
，尚未投入商业化生产，但我们完全有理由相信它拥有广阔的发展前景。
近日，由美国宾夕法尼亚州立大学的科学家洛根率领的一个研发小组宣布，他们研制出一
种新型的微生物燃料电池，可以把未经处理的污水转变成干净用水和电源。
微生物燃料电池（MicrobiologicalFuelCells）并非刚刚出现的一项技术。早在1910年，
英国植物学家马克-比特首次发现了细菌的培养液能够产生电流，于是，他用铂作电极，把
它放进大肠杆菌和普通酵母菌培养液里，成功制造出了世界第一个微生物燃料电池；1984
年，美国制造了一种能在外太空使用的微生物燃料电池，它的燃料为宇航员的尿液和活细
菌，不过它的放电率极低；近几年，利用微生物发电的技术出现了更大的突破，宾夕法尼
亚州立大学环境工程系教授布鲁斯-洛根是新型微生物燃料电池研制小组的负责人，他说，
“传统的燃料电池是利用氢气发电，但从来没有人尝试使用富含有机物的污水来发电。”

重大创新：单一槽设计
洛根所设计的电池装置和氢燃料电池有点相似，是一个圆柱形的树脂玻璃密闭槽，看上去
好像一个汽水瓶子。不过和氢燃料电池不同的是，微生物燃料电池是单一反应槽，里面装
有8条阳极石墨棒，它们围绕着一个阴极棒，密闭槽中间以质子交换膜间隔。密闭槽外部以
铜线组成的闭合电路，用作电子流通的路径。当污水被注入反应槽后，细菌酶将污水中的
有机
物分解，在此过程中释放出电子和质子。其中，电子流向阳极，而质子则通过槽内的质子
交换膜流向负极，并在那里与空气中的氧以及电子结合生成干净的水。从而完成对污水的
处理。与此同时，反应槽内正负极之间的电子交换产生了电压，使该设备能够给外部电路
供电。单一反应槽是微生物燃料电池设计的创新。洛根指出，大部分燃料电池的设计以两
反应槽为主——分别为阳极槽和阴极槽，在阳极槽中以厌氧方式维持微生物生长；阴极槽
中则需维持在有氧环境下，使电子与氧结合并且与质子形成水分子。而单一反应槽以质子
交换膜连接两槽，其功能不仅可分开两槽水溶液，还可以避免氧气扩散至另一槽内。两槽
式的电解
槽，需以外力方式提供溶氧至阴极，而单一槽微生物燃料电池可以以连续注水方式将空气
带入阴极，从而减少通氧设备的花费。
样品将在6个月后完成在发电量方面，据洛根称，在实验室里，该设备能产生72瓦的电流，
可以驱动一个小风扇。虽然目前产生的电流不多，但该设备改进的空间很大。从提交发明
报告到现在，洛根的研发小组已经把该燃料电池的发电能力提高到了350瓦，不过，洛根希
望这一数值最终能达到500－1000瓦。等技术成熟后，可以批量生产的微生物燃料电池的发
电能力将获得很大提高，洛根认为它可以产生500千瓦的稳定电流，大约是300户家庭的用
电量。洛根计划建造一个大型的微生物燃料电池样品，预计将在6个月之后完成。
应用前景广阔
尽管目前该设备的能量输出相对较低，但洛根称，他们正在不断改进该技术，相信最终它
能够应用在小型污水处理厂里。据称，该设备还可以用来处理畜牧厂的废水和废物，也可
以用在食品加工厂甚至载人航天器内。洛根指出，只要是富含有机物的地方都可以使用这
种电池。不过，微生物燃料电池最好的用途还是处理污水，假如污水处理厂使用此类设备
，那么它们可以一边处理废水一边发电，从而大大降低污水处理成本。维持废水处理厂的
正常运作是一件花费相当高的事情。无论对对发展中国家还是工业化国家来说，处理废水
同时又能发电的新燃料电池技术都相当诱人。根据美国国家发展委员会统计，美国每年需
要处理330亿加仑的生活污水，处理费用大约为250亿美金。而大部分的成本几乎都花在维
持处理厂运转所需的能源上，因此，若微生物燃料电池能降低成本和提高发电效率，将会
为废水处理节省
庞大的开支。
对于广大污染严重的发展中国家来说，这项技术尤为实用，因为它不仅能净化水质、处理
垃圾，同时又能产生电源。单独从发电这一方面来说，政府就有足够的理由建设和保留污
水处理厂。如果该技术能进行商业化推广，废弃物或污水处理将成为国家的摇钱树而非沉
重负担。
戴维-伯格雷是多伦多大学的一名科学家，他估计废水中潜在的电能是其处理成本的10倍。
洛根认为，只要能利用潜在电能的1/20，污水处理厂就可以解决污水处理成本了。微生物
燃料电池还可以用来处理食品加工厂和农场，尤其是猪场的废水，以往，处理这些恶臭难
闻的污水耗费巨大。美国航空航天局也正在开发一项类似的技术，在载人航天飞行中把宇
航员的生活垃圾转化为能量。
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