人造分子助力,瑞典有望提高細菌發電效率

作者 | 發布日期 2019 年 04 月 02 日 8:30 | 分類 能源科技 , 電力儲存 , 電池 follow us in feedly

細菌發電雖然是種新奇又有趣的發電方式,但目前來看不管是產電效率還是發電量,效益著實不高,不過近期瑞典科學家已運用人造分子找到突破方法,且更了解細菌發電機制,將對未來的污水淨化、微型感測器、生物太陽能板大有裨益。




由於細菌可將有機物質中的生化能量轉換成生物能量,目前科學家正如火如荼挖掘細菌發電的潛力,其中細菌電池(微生物燃料電池,MFC)為重要開發方向之一,各國科學家致力把細菌及仿真細菌當作催化劑,善加利用細菌的交互作用將化學能轉換成電流。

而科學家多採用胞外產電菌(exoelectrogens)來製造細菌電池,這些細菌能將電子轉移到細胞外,讓電子穿過細胞膜,最終與外部電極接觸為電池供電。若科學家找出細菌發電的箇中道理、成功研發細菌電池,將可為再生能源新添強大生力軍。

只不過細菌電池研發不易,哪些細菌電活性高、如何培育,以及怎麼提高產電效率都是一大問題,目前的細菌電池發電效率也不高,就好比先前賓漢頓大學研發的紙質細菌電池,其最大功率為每平方公分 4μW,電流密度則是每平方公分 26μA,若要達成商業化,雙雙得再提高 1,000 倍。

因此為了突破細菌電池發電量不高窘境,瑞典隆德大學 Lo Gorton 團隊已投入相關研究,該團隊指出,捕獲能量最大的挑戰在於,需要一種特殊的分子來穿過細菌細胞壁,這樣才能提高回收電子的效率。

該團隊首先研究常見於腸胃的糞腸球菌(Enterococcus faecalis),並已為該細菌打造氧化還原聚合物人造分子。透過該研究,團隊發現氧化還原聚合物有機會變成細菌發電的媒介,進而加速電子轉移,除此之外,他們發現細菌能以胞外電子轉移跟其他細菌與分子「對話」,進一步了解細菌如何與周圍環境溝通,只不過該團隊尚未確切說明該分子可提升多少產電效率。

了解細菌如何運用胞外電子轉移跟其他周圍分子溝通相當重要,對人體腸胃是否健康,以及細菌電池、淨化污水、減少二氧化碳等發展都相當有幫助,其中該團隊也想要研發光合作用細菌(photosynthesising bacteria)電池,讓細菌附著在電極上,曬一曬太陽就可以產生電力。

先前加拿大英屬哥倫比亞大學也曾運用此概念,研發出大腸桿菌─生物太陽能(Biophotovoltaic,BPV),該團隊改良大腸桿菌的基因,讓大腸桿菌生產出大量茄紅素(lycopene),之後再把混合礦物質的細菌塗在玻璃表面上,最終得以加速生物太陽能進展。

(首圖來源:pixabay