生物技术在利用微生物燃料电池发电中的应用

生物技术在利用微生物燃料电池发电中的应用肖炳楠随着人类社会科学技术不断发展，石油等不可再生资源的消耗大幅度提高，能源问题日益紧张，为了更好地解决能源短缺问题，许多生物科学家们将目光投向微生物燃料电池这一利用微生物将化学能转换为电能的装置，以期能为人们出行使用的载具提供足够的电力支持。一．技术原理 : （ 1）基本原理 ：微生物燃料电池（ Microbial Fuel Cell，MFC）是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂（一般为氧气）在阴极得到电子被还原与质子结合成水。（如下图 1）图 1 （2）分类：参与传递电子的介体与微生物和阳极之间的作用形式有三种：【1】 微生物将氧化还原反应产生的电子直接传递给溶解在溶液中的介体，介体再将电子传递给电极；【2】介体能进入到微生物体内，参加反应被还原，从微生物体内出来后再将电子传递给电极； 【3】微生物吸附在电极表面，它将反应产生的电子传递给在细胞表面的介体，再通过介体传递给电极。 微生物燃料电池中添加的介体主要有两种：第一类是人工合成的介体，主要是一些染料类的物质，如吩嗪、吩噻嗪、靛酚、硫堇等；第二类是某些微生物自身可以合成介体，如Pseudomonas aeruginosastrainKRP1能够合成绿脓菌素和吩嗪 -1- 甲酰胺等物质，它合成的介体不光自己可以使用，其它的微生物也可以利用它产生的介体传递电子。二 . 技术应用：已有研究结果显示，微生物燃料电池主要在以下几个方面具有开发前景： ○1 替代能源○2 传感器○3 污水处理新工艺○4 利用微生物电池的特殊环境进行未培养菌的富集。 最近美国加州 Berkerley分校机械工程系的出于对无污染的汽车能源和家用能源的研究，注意到了微生物燃料电池。其研究表明，微生物燃料电池完全可以做到更小的尺度。的燃料电池目前已能达到0.07cm2面 积 大 小 ， 使 用 的 燃 料 为 葡 萄 糖 ， 催 化 剂 为cerevisiae酵 母 。图 2 三 .优点与缺点：【1】优势：首先 , 微生物燃料电池将底物直接转化为电能 , 保证了具有高的能量转化效率; 其次 , 不同于现有的所有生物能处理 , 微生物燃料电池在常温环境条件下能够有效运作; 第三,...