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)原型機技術，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，以應對日益增長的需求和越來越嚴格的種植條件。還有其他任務，可能會利用工廠和遺忘的低產(chǎn)量電源，比如監(jiān)測運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，在巴西一所小學教室和附近的綠色池塘進行田野測試——這發(fā)生在疫情爆發(fā)之前。

英國巴斯大學化學工程博士生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備就走了。而且那口池塘就在學校旁邊——它確實被污染了，顏色非常綠，里面還有生物，我當然不會覺得能夠舒適地飲水 —— 所以目的是達到了的。”

他們在2019年夏天與學校的孩子們和巴西研究人員一起進行的實驗旨在運行水凈化器 —— 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，將儲存在有機分子中的化學能轉(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。）

通過將電池設置在平行矩陣中，Icapuí設置可以產(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)能夠達到每平方米200毫瓦。

電活性細菌——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的電源。賓夕法尼亞州立大學環(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，這歸根結底是經(jīng)濟問題。”

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，可以點亮小LED。它主要被用作學校科學項目。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研究所的退休首席科學家Sheela Berchmans說：“在偏遠地區(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。”

比利時根特大學生物技術系教授Korneel Rabaey表示，電化學微電源（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用，”他說，“但傳感器很重要。”

審核編輯：彭菁