细菌:“有糖吃,我才给电!”

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  先是向你发出警告声,接着屏幕变成一片空白,与你的工作和生活息息相关的手机,突然变成了一堆无用的塑料块和硅片—你手机的电池没电了。没关系,这根本不是什么问题。你只要顺手摸到你身边的糖碗,舀一小勺糖,然后打开手机盖,把糖填进去。稍微等一会儿,你就可以重新与世界“连接”了!
  也许在不远的将来,这种科幻故事中才有的情节就会成为现实。两位美国科学家宣称,他们已发明了世界上第一种能够发电的“细菌电池”。该项目的两位研究员马萨诸塞州立大学的斯瓦德斯·查德乌里(印度籍)和德里克·拉威莱(美国籍)说,这种电池的原料是地下的细菌,它们在吞噬糖的过程中,能够把能量转化为电。
  这一原型电力装置加满原料后,可以正常运转长达25天,而且成本低,性能稳定。拉威莱在接受媒体采访时说:“这是一种独特的有机体。”他还简要描述了这项技术的潜在应用价值。正处于研究阶段的细菌叫Rhodoferaxferriducens,是研究人员在弗吉尼亚奥伊斯特贝地底深处不通风的沉淀物中发现的,研究人员认为它是使糖氧化的最理想的“候选者”。
  他俩制造了一个有两个封闭空间的容器,每一个空间都有一个石墨电极,并被薄膜隔开。其中一个空间中放有R.ferriducens,它们在葡萄糖溶液中游动,在产生化学反应后分解为二氧化碳和电子。电子被传输到附近的电极(阳极),然后又通过外电路传送到另一块电极(阴极):电源。
  尽管有关微生物燃料电池的问题很早便已提出,但直到现在他们仍旧面临成本高以及能效低等问题。拉威莱说,它们的效率很低,一般为“10%或更低”,相对于它们提供的功率,这种产出所付出的成本极高。通过这种方式发电,最佳效率可达约50%。但这需要添加几种起催化作用的化学物质,这些化学物质可以穿过封闭空间的薄膜进入容器,把自由电子传输到阳极。不过,这几种起催化作用的化学物质的价格非常昂贵,而且还需要经常补充,这使得它们不适于用做一种简单的长期的能源。
  由查德乌里和拉威莱制造的原型机能够生成少量的电流,充其量只够一个计算器或圣诞树灯泡的电力供应。然而,作为细菌电力的明证,这种机器诞生的影响不可估量。它的能效达到惊人的83%,这也预示着,一旦克服工程技术障碍,找到解决生产技术的方案,将来有一天,它可以当做普通电池用。
  不仅葡萄糖可以作为它的原料,而且果糖、蔗糖,甚至从木头和稻草中提取出来的含糖副产品的木糖,都可以充当它的原料。此外,由于细菌稳定性强,它们能够在4~30℃(39.2~86华氏度)之间生长。细菌的最佳生长温度为25℃(77华氏度)。
  如果所有的燃料都用完了,科学家仍旧有办法。拉威莱说,这种工艺确实会产生二氧化碳(导致温室效应的气体)等对空气造成污染的物质,但与使用矿物燃料所排出的废气相比,它对全球变暖的危害要低得多。拉威莱说:“从短期看,这种技术可用来生产手机电池。”
  拉威莱说,这项技术也可用于其他环境条件下,比如在充电条件困难以及成本高的情况下。他说美国国防部对这项技术非常感兴趣,他们计划使用这项技术为监视过往船只及潜艇的水下扩音器和声呐提供动力。对于那些生活在偏远地区的穷人来说,通过这项技术,动物粪便或污水等含有碳水化合物的废物,都能为电冰箱和炉子提供电力。
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