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(bào)告中，現(xiàn)任職于浙江大學(xué)能源工程學(xué)院的著名科學(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(yàn)室里，成千上萬(wàn)受了“馴化”的細(xì)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(xiàng)—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(yàn)室擺放著幾十個(gè)比火柴盒略大的透明“盒子”，這便是細(xì)菌電池的原型。仔細(xì)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(xì)菌“消化”過(guò)后變清的水。盒子的兩側(cè)是兩塊圓形的材料，一個(gè)是陰極，一個(gè)是陽(yáng)極。細(xì)菌在陽(yáng)極表面生長(zhǎng)，靠消耗廢水中的有機(jī)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(xì)菌經(jīng)過(guò)‘馴化’，就能持續(xù)地消耗廢水中的有機(jī)物，既清潔了廢水，又能發(fā)電。而且對(duì)環(huán)境來(lái)說(shuō)‘零負(fù)擔(dān)’?！?nbsp;
   實(shí)際上，人類(lèi)很早就發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌發(fā)電的原理。1910年，英國(guó)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(cè)到了微弱的電流，這便是全世界第一“塊”細(xì)菌電池。 
科學(xué)家很快認(rèn)識(shí)到，電流來(lái)自細(xì)菌體內(nèi)新陳代謝產(chǎn)生的電子。但是，細(xì)菌電池電量十分微弱。如何讓細(xì)菌體內(nèi)的電子盡可能多地跑到電極上去，這個(gè)問(wèn)題長(zhǎng)期找不到理想的答案。開(kāi)發(fā)細(xì)菌電池成為一項(xiàng)“孤獨(dú)的研究”。 
    成少安在美國(guó)賓夕法尼亞州州立大學(xué)期間參與的科研團(tuán)隊(duì)聚焦在這項(xiàng)研究上，并相信其具有廣闊應(yīng)用前景，提出了利用細(xì)菌電池原理，用廢水發(fā)電的設(shè)想。 
課題組從污水處理站取來(lái)污水，成少安負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)裝置的搭建和電極材料的研發(fā)?！霸谧畛醯目尚行则?yàn)證階段，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(xì)菌在工作啦！”成少安說(shuō)，那是細(xì)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(xiàn)在，細(xì)菌電池每平方米電極材料產(chǎn)生電量已達(dá)數(shù)千毫瓦，提高了5個(gè)數(shù)量級(jí)。“當(dāng)發(fā)電量噌噌噌往上漲，越來(lái)越多的科學(xué)家看到了細(xì)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” 
     細(xì)菌電池的難點(diǎn)之一，是讓盡可能多的微生物附著在電極的表面，而不是在污水中自由游泳?！拔覀円o細(xì)菌一個(gè)舒適的環(huán)境，讓它們高效工作?！庇谑牵姌O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(yàn)室工作時(shí)，發(fā)明了碳纖維陽(yáng)極。從微觀看，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(xì)菌棲息。陰極也是一個(gè)巧妙的設(shè)計(jì)：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(xì)菌所需的氧氣。這項(xiàng)“空氣陰極”技術(shù)的相關(guān)論文，被美國(guó)電化學(xué)通訊雜志評(píng)為該雜志最有影響的論文之一。這些實(shí)驗(yàn)裝置和材料，也被全世界很多實(shí)驗(yàn)室所沿用。 
“細(xì)菌比我們想象的聰明得多?！背缮侔舱f(shuō)，隨著研究的深入，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(xì)菌分成厭氧、好氧兩個(gè)“房間”，但“墻壁”會(huì)令電池內(nèi)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(xiàn)，當(dāng)細(xì)菌進(jìn)入反應(yīng)器一段時(shí)間之后，無(wú)需人為干預(yù)，就會(huì)自動(dòng)“站隊(duì)”，形成兩個(gè)區(qū)域，好氧的細(xì)菌緊貼在空氣陰極一側(cè)，而厭氧的細(xì)菌則舒舒服服地附著在另一頭的碳材料陽(yáng)極上工作?！斑@樣，我們的反應(yīng)結(jié)構(gòu)就可以簡(jiǎn)化不少！” 
治污前景廣 
    目前被廣泛應(yīng)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(rèn)為，細(xì)菌發(fā)電的技術(shù)一旦成熟走向應(yīng)用，將改寫(xiě)這種局面。 
成少安說(shuō)，就世界來(lái)看，當(dāng)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(guó)，這個(gè)量就是1600億度電，相當(dāng)于5000萬(wàn)噸標(biāo)煤。 
“垃圾是放錯(cuò)地方的資源?！背缮侔舱f(shuō)，“我們通過(guò)計(jì)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。” 
    這項(xiàng)技術(shù)擁有廣闊的應(yīng)用前景。比如太空飛船上可以利用細(xì)菌來(lái)把尿液等轉(zhuǎn)變成可飲用的水，海洋中的潛水艇也是一樣道理。因?yàn)檫@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(xì)菌發(fā)電技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)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(xì)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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