一粒土壤中可以包含宇宙般的微生物群，據(jù)估計數(shù)量可以多達(dá)100億。現(xiàn)在，位于英國巴斯的一組研究人員正在開發(fā)原型機(jī)技術(shù)，以收集一些微生物物種呼出的電子。

這個想法是為了給低產(chǎn)出的傳感器和開關(guān)供電，并可能幫助農(nóng)民通過數(shù)字化優(yōu)化作物產(chǎn)量，以應(yīng)對日益增長的需求和越來越嚴(yán)格的種植條件。還有其他任務(wù)，可能會利用工廠和遺忘的低產(chǎn)量電源，比如監(jiān)測運(yùn)河中的非法垃圾傾倒。

這項研究工作起初規(guī)模不大，基于巴斯大學(xué)，在巴西一所小學(xué)教室和附近的綠色池塘進(jìn)行田野測試——這發(fā)生在疫情爆發(fā)之前。

英國巴斯大學(xué)化學(xué)工程博士生Jakub Dziegielowski說：“我們不知道周圍的環(huán)境會是什么樣子。我們只是收拾好所需的設(shè)備就走了。而且那口池塘就在學(xué)校旁邊——它確實被污染了，顏色非常綠，里面還有生物，我當(dāng)然不會覺得能夠舒適地飲水 —— 所以目的是達(dá)到了的。”

他們在2019年夏天與學(xué)校的孩子們和巴西研究人員一起進(jìn)行的實驗旨在運(yùn)行水凈化器 —— 它確實做到了。然而，與太陽能電池板相比，它的效率也不是很高。

那么，在巴斯的實驗室里工作繼續(xù)進(jìn)行著：在未來的幾周內(nèi)，Dziegielowski將同時慶祝他的29歲生日和畢業(yè)典禮。他，以及兩位其他的巴斯大學(xué)顧問和同事，最近成立了一家衍生公司——它被稱為Bactery——專注于研發(fā)用于農(nóng)業(yè)的土壤微生物燃料電池網(wǎng)絡(luò)原型。

微生物燃料電池是一種利用微生物作為催化劑，將儲存在有機(jī)分子中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電廠。Dziegielowski說，它更常用于指基于液體的系統(tǒng)。廢水中的有機(jī)物作為能源，液體流通過電極混合。

然而，土壤微生物燃料電池的一個電極——吸收電子的陽極——位于土壤中。另一個電極，陰極，暴露在空氣中。電池工作是因為離子通過電極之間的電解質(zhì)流動，從而形成電路。在這種情況下，土壤本身充當(dāng)著電解質(zhì)——同時也是催化微生物的來源，以及燃料的來源。

充滿瓦特的場

在巴西東北部半干旱海岸Icapuí漁村的一所小學(xué)里，該小組使用了基本部件：石墨氈作為電極，尼龍樁來保持它們之間的距離和對齊。（Bactery現(xiàn)在正在開發(fā)新種外殼。）

通過將電池設(shè)置在平行矩陣中，Icapuí設(shè)置可以產(chǎn)生每平方米38毫瓦的功率。在此后的工作中，巴斯小組已經(jīng)能夠達(dá)到每平方米200毫瓦。

電活性細(xì)菌——也被稱為外電子或電力微生物——能夠攝取可溶性鐵或酸或糖，并釋放電子。有數(shù)十種微生物可以做這件事，包括屬于Geobacter和Shewanella屬的細(xì)菌。還有很多其他的。

但是，每平方米200毫瓦并不是一個很大的能量：也許足以給手機(jī)充電，或者讓LED夜燈繼續(xù)亮著——或者，也許可以作為傳感器或灌溉開關(guān)的電源。賓夕法尼亞州立大學(xué)環(huán)境工程師Bruce Logan在2007年寫了一本書《微生物燃料電池》，他提到：“在很多事情上，這歸根結(jié)底是經(jīng)濟(jì)問題。”

十年前，Palo Alto的工程師們推出了MudWatt，這是一個自給自足的套件，可以點(diǎn)亮小LED。它主要被用作學(xué)校科學(xué)項目。但即使現(xiàn)在，全球仍有大約7.6億人無法可靠地獲取電力。印度泰米爾納德邦中央電化學(xué)研究所的退休首席科學(xué)家Sheela Berchmans說：“在偏遠(yuǎn)地區(qū)，具有更高轉(zhuǎn)化率和功率管理效率的土壤微生物燃料電池將比電池更好。”

比利時根特大學(xué)生物技術(shù)系教授Korneel Rabaey表示，電化學(xué)微電源（現(xiàn)在包括Bactery電池）在資源回收方面越來越受歡迎，用于從廢水中提取污染物，并將電力作為副產(chǎn)品。“你可以想到許多不需要大量電力的應(yīng)用，”他說，“但傳感器很重要。”

審核編輯：彭菁