在湯森路透日前發(fā)布的《2014世界最具影響力的科研精英》報告中，現任職于浙江大學(xué)能源工程學(xué)院的著(zhù)名科學(xué)家成少安入選環(huán)境與生態(tài)學(xué)科的“高被引科學(xué)家”。成少安的實(shí)驗室里，成千上萬(wàn)受了“馴化”的細菌正在利用污水進(jìn)行發(fā)電，這是全球科學(xué)家的研究熱點(diǎn)之一。也許不久的將來(lái)，處理污水將有一個(gè)更酷的選項—發(fā)電！河南水處理公司小編為您摘記分享：
變電池 
    成少安的實(shí)驗室擺放著(zhù)幾十個(gè)比火柴盒略大的透明“盒子”，這便是細菌電池的原型。仔細看，盒子上方有兩個(gè)小孔，一個(gè)孔注入污水，一個(gè)孔則排出被細菌“消化”過(guò)后變清的水。盒子的兩側是兩塊圓形的材料，一個(gè)是陰極，一個(gè)是陽(yáng)極。細菌在陽(yáng)極表面生長(cháng)，靠消耗廢水中的有機物新陳代謝，產(chǎn)生的電子則傳遞到電極上。在上面加一個(gè)載荷，就形成了電流。成少安解釋說(shuō)：“細菌經(jīng)過(guò)‘馴化’，就能持續地消耗廢水中的有機物，既清潔了廢水，又能發(fā)電。而且對環(huán)境來(lái)說(shuō)‘零負擔’?！?nbsp;
   實(shí)際上，人類(lèi)很早就發(fā)現了細菌發(fā)電的原理。1910年，英國植物學(xué)家馬克·皮特以鉑作電極，放入大腸桿菌的溶液里，竟測到了微弱的電流，這便是全世界第一“塊”細菌電池。 
科學(xué)家很快認識到，電流來(lái)自細菌體內新陳代謝產(chǎn)生的電子。但是，細菌電池電量十分微弱。如何讓細菌體內的電子盡可能多地跑到電極上去，這個(gè)問(wèn)題長(cháng)期找不到理想的答案。開(kāi)發(fā)細菌電池成為一項“孤獨的研究”。 
    成少安在美國賓夕法尼亞州州立大學(xué)期間參與的科研團隊聚焦在這項研究上，并相信其具有廣闊應用前景，提出了利用細菌電池原理，用廢水發(fā)電的設想。 
課題組從污水處理站取來(lái)污水，成少安負責實(shí)驗裝置的搭建和電極材料的研發(fā)?！霸谧畛醯目尚行则炞C階段，電量只有幾毫瓦，但我看到渾濁的廢水慢慢變得清澈，說(shuō)明細菌在工作啦！”成少安說(shuō)，那是細菌第一次帶給他“感動(dòng)與信心”。 
通過(guò)科學(xué)家的不斷開(kāi)掘，現在，細菌電池每平方米電極材料產(chǎn)生電量已達數千毫瓦，提高了5個(gè)數量級?！爱敯l(fā)電量噌噌噌往上漲，越來(lái)越多的科學(xué)家看到了細菌燃料電池的曙光。2005年前后，這一領(lǐng)域的研究熱度在全世界延伸開(kāi)來(lái)?！?nbsp;
巧建“發(fā)電廠(chǎng)” 
     細菌電池的難點(diǎn)之一，是讓盡可能多的微生物附著(zhù)在電極的表面，而不是在污水中自由游泳?！拔覀円o細菌一個(gè)舒適的環(huán)境，讓它們高效工作?！庇谑?，電極材料的研發(fā)就成為一個(gè)重要攻關(guān)方向。 
    成少安在賓州州立大學(xué)微生物電化學(xué)實(shí)驗室工作時(shí)，發(fā)明了碳纖維陽(yáng)極。從微觀(guān)看，這些碳纖維的表面非常粗糙，形成了廣闊的表面積，可供許多細菌棲息。陰極也是一個(gè)巧妙的設計：既可以滴水不漏，而空氣則可來(lái)去無(wú)阻，自由流通，提供好氧細菌所需的氧氣。這項“空氣陰極”技術(shù)的相關(guān)論文，被美國電化學(xué)通訊雜志評為該雜志最有影響的論文之一。這些實(shí)驗裝置和材料，也被全世界很多實(shí)驗室所沿用。 
“細菌比我們想象的聰明得多?！背缮侔舱f(shuō)，隨著(zhù)研究的深入，生命世界的奇妙帶給了他很多的樂(lè )趣。比如，一開(kāi)始課題組用一層薄膜把污水中的細菌分成厭氧、好氧兩個(gè)“房間”，但“墻壁”會(huì )令電池內部的電阻增大，影響發(fā)電效率。拆掉“墻壁”會(huì )怎樣呢？課題組發(fā)現，當細菌進(jìn)入反應器一段時(shí)間之后，無(wú)需人為干預，就會(huì )自動(dòng)“站隊”，形成兩個(gè)區域，好氧的細菌緊貼在空氣陰極一側，而厭氧的細菌則舒舒服服地附著(zhù)在另一頭的碳材料陽(yáng)極上工作?！斑@樣，我們的反應結構就可以簡(jiǎn)化不少！” 
治污前景廣 
    目前被廣泛應用的廢水處理技術(shù)本身是以消耗電能為代價(jià)的?？茖W(xué)家認為，細菌發(fā)電的技術(shù)一旦成熟走向應用，將改寫(xiě)這種局面。 
成少安說(shuō)，就世界來(lái)看，當前的水污染處理成本所消耗的能源占到了總發(fā)電量的3%至4%。在我國，這個(gè)量就是1600億度電，相當于5000萬(wàn)噸標煤。 
“垃圾是放錯地方的資源?！背缮侔舱f(shuō)，“我們通過(guò)計算得出，一個(gè)10萬(wàn)人小城市的生活產(chǎn)生的污水用來(lái)發(fā)電的話(huà)，可以供給一千戶(hù)人家的用電量?！?nbsp;
    這項技術(shù)擁有廣闊的應用前景。比如太空飛船上可以利用細菌來(lái)把尿液等轉變成可飲用的水，海洋中的潛水艇也是一樣道理。因為這是用一個(gè)高效低成本的方法解決能源問(wèn)題的路徑之一。 
成少安表示，要讓細菌發(fā)電技術(shù)走出實(shí)驗室，還需要不同領(lǐng)域科學(xué)家的共同努力。生物學(xué)背景的科學(xué)家從微生物角度去研究，有望通過(guò)基因改造，帶來(lái)產(chǎn)電活性更高的細菌類(lèi)型。而從工程材料的角度，可以去研究怎樣的電極材料才能產(chǎn)生更大的功率。

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