微生物燃料电池品种简介
壳质可为海洋微生物燃料电池供给丰盛养料
在可再生动力开发范畴，海洋微生物燃料电池占有适当重要的一席之地。这种绿色水用能量供给体系具有可再生性、环保性和可继续开展性的优势，并且实用性、普适性也很强。科学家期望能够运用海洋微生物及淡水微生物的天然食性，在海洋或淡水水域发作可继续十多年的能量来历，为布置于近海和淡水水域的传感器耐久供电。并且，假如这种动力能够实用化，还可根据其来研讨开展共同的水域移动监督体系。
在现实日子傍边，水用能量供给体系经常被放置到悠远水域，为许多被放置在浮标上或放置在水中的传感器供给能量。这些传感器常被用来丈量海水或河水及湖水的温度、压力、盐度、密度和混浊度以及污染排放物，还被用来监测海上钻井渠道的周边水域，以及海水、河水及湖水的污染情况，比方由赤潮引起的水质改动。还有一些用来丈量声响及光线在水下的传导率的小型便携式仪器，也需求能够耐久供电的能量来历。由于，尽管上述设备需求的能量都很小，但被调查的区域往往需求长时刻遥控监测。
据最新一期的美国《环境科技》杂志报导，美国宾夕法尼亚大学科学家在海洋微生物燃料电池范畴获得了一些新进展。他们发现，被丢掉的蟹壳、虾壳又有新用处，它们很或许是延伸水上传感器的供电源———微生物燃料电池运用寿命的要害。
为了发作电能，微生物燃料电池需求为细菌供给食物———有机物质。可是，深海海底的沉积物或许极度短少有机物，由于海洋中的活体生物一般都日子在光线能够穿透海水的透光层。这些生物在此区域不断再循环，构成一个食物链，很少能够有有机物质掉落到海床。科学家以为，短少细菌食物源———有机物，约束了海洋微生物燃料电池的运用寿命。
宾州大学的研讨人员用一个用碳纤维布制造的枕头状电极，对包含甲壳类动物处理进程的下脚料———壳质在内的各种甲壳物质进行研讨，电极被放置在海底沉积物里或悬在水中，以供天然存在的微生物通过吞吃壳质坚持膂力，四下游动，构成电荷活动。
微生物燃料电池的作业原理如下：细菌在水中活动时，能把电子传到阳极，这些电子通过导线从阳极活动到阴极，因此发作电流。在此进程中，细菌需求耗费水中或水底沉积物中的有机物质。宾州科学家们运用在海洋中天然存在的微生物，由于有如此之多的海洋生物发作壳质，许多海洋微生物就靠分化壳质为生。
研讨人员包含环境工程学教授布鲁斯·洛根、土木工程助理教授雷切尔·布伦南、农业及生物工程助理教授汤姆·理查德等人。他们测试了两种壳质和一种纤维素。成果发现:纤维素不如壳质。他们以为，这是由于海洋如此习惯于壳质，以至于靠吃壳质为生的天然海洋微生物远远多于靠吃纤维素者。
研讨小组在实验室条件下做了一个海洋微生物燃料电池，外壳是一个玻璃瓶，瓶底放置着海底沉积物，里边埋着用碳纤维布制造的导电阳极，铂阴极悬浮在水中。当然，假如是在海里，就无需运用容器，但阳极和阴极有必要靠得足够近，以使正电荷能够经由液体水抵达阴极。
研讨人员测试了两种不同尺度的壳质，成果发现，在无需为细菌添加有机食物的情况下，这两种壳质都能添加海洋微生物燃料电池的产电才能，并且细颗粒壳质的产电才能简直是粗颗粒壳质的两倍。这阐明，海洋微生物更简单消化细颗粒壳质。
研讨人员对这个发现很感兴趣，以为能够通过调整颗粒的尺度巨细，来操控细菌耗费壳质的比率，然后改动海洋微生物燃料电池的电力输出功率和微生物燃料电池的运用寿命。从技术上来讲，人类完全能够通过为细菌供给更多的食物来添加电池的功率。
【1】 生物燃料电池。
这种电池运用生物的异化作用，氧化微生物中的有机物，将化学能转化为电能。在有机物的分化进程中，必然会发作电子流。运用必定的办法获取这些电子流，将它导向外部电路，然后完成化学能和电能之间的转化。
运用这个原理，咱们能够采纳两种方法。
一是坚持微生物细胞的完好性，在介体的协助下将化学能转化为电能。氧化态的小分子介体能够穿过细胞膜或酶的蛋白质外壳抵达反响部位,承受电子之后的成为复原态,然后分散到阳极上发作氧化反响. 以运用醇脱氢酶的甲醇燃料电池为例，在阳极区进行酶催化反响,质料甲醇脱氢氧化后发作的电子,先转移到ＡＤＨ的活性中心,然后在介体(ＭＥＤ)的协助下传递到阳极,再通过外电路负载Ｌ抵达阴极。反响中发作的质子(Ｈ+)穿过质子交流膜进入阴极区,与氧一同在阴极上反响,承受来自外电路的电子,生成水。
另一种方法是损坏细菌的细胞膜，使细胞内与有机物分化的酶，细胞器等露出出来。酵母细胞损坏后依然具有进行糖酵解的才能。阐明细胞损坏后其生理活性在必定时刻内不会损失。其反响原理仍如前所叙。并且生物催化酶与电极的直接触摸能够进步生物电池电势。可是电池内的微生物决裂后一段时刻会失活，咱们有必要坚持必定数量的完好微生物，一起确保一部分微生物的胞液在电池中。为了抵达这个意图，咱们能够将温文病毒中操控溶原裂解的基因转入该微生物，让它在必定时刻后裂解，一起其他个别坚持完好状况，进行繁衍。然后进行可继续发电。
【2】 光合细菌电池。
在条件恶劣，阳光短少的深海区，能长时刻作业的光合细菌电池会给人带来无量的便当。
光合细菌有两种，一种是好氧性的蓝细菌，进行放氧性光合作用。一种是日子与缺氧环境中的绿色和紫色光合细菌，进行非放养性光合作用。他们的反响中心都是叶绿体。叶绿体在吸收光波后放出电子，这个电子被电子承受分子承受后，传递给另一种叶绿体，在这种叶绿体中承受电子的一起，发作一个ATP分子。运用某种介体将用于发作ATP的能量夺走，然后这么介体抵达电极，开释电子到电极。这样光合途径有电子的传递，能够使光合作用正常进行。这种作用原理好像氧化磷酸化中的阻断剂，阻挠ATP的构成，将化学能转化为热能，而在光合细菌电池中，化学能转化成电能。
生物膜电池
学过动物学，咱们都会对电遥进犯天敌强壮的电流拍案叫绝。这便是生物的膜电势。
膜电势构成的原因是膜表里的离子浓度不相同，然后使离子有不同的活动趋势。细胞膜的特别结构却阻挠其活动。所以膜电势构成的终究原因是特别的离子运送蛋白构成的离子浓度差。在微生物中，许多寄生个别（如引起梅毒的螺旋体）都有兴旺的外表蛋白操控物质运送。在其基因组中有许多重复序列，有猜测以为这些序列的部分重用导致了多种多样的外表运送蛋白。咱们能够考虑对其外表蛋白的基因进行剪切，保存能够进步膜表里离子浓度差的基因，再将这些基因转入能自主日子的个别（如酵母菌，蓝细菌）中，使他们代谢发作的能量用以坚持膜表里的离子势能。别的许多同种细菌转导能够使表里离子浓度差变小或许使其反转的基因。这样，这两种不同的转基因细菌的细胞膜外将存在电势差。将这两种细菌放在电解槽内，再在细菌的混合液中加上必定的引导电场，使他们朝不同电极方向集合，这样南北极上集合不同膜电势的细菌，电池南北极有电压，电池作业。或许被转导细菌挑选磁细菌，用磁场替代引导电场，能够起到相同的作用。
尽管三种电池运用的原理不同，可是要知道，生物是一个全体，所运用的仅仅生物全体的三个方面，一起，三者又有着亲近的联络。像膜电池假如运用到光合细菌上，那么实际上运用的能量也仅仅光能转化成的电能。
关于第一种生物燃料电池，麻省理工学院等一些国际闻名研讨机构现已开宣布制品，可是关于后两种更多的是咱们关于微生物学习的一些主意，尽管原理存在着许多缝隙，并不完善（如在第二种办法中，获得ATP能量的介质就不必定很简单得到），可是从本质上信任都是或许的，仅仅制造办法有必定的难度。
尽管这一切都有必定的间隔，可是这些主意的远景会招引咱们不断的向它接近。如光合细菌电池就有具有严重的含义。进行非放氧光合作用的紫色和绿色光合细菌能够在光线暗淡，氧气短少的深海中日子。其做成的电池驱动的设备能够在海底自己供能，长时刻的收集材料。而放氧性光合细菌构成的电池通过进一步开展有或许成为光运用率更搞的太阳能电池。关于膜电池，假如该主意能付之于实践，那么能够推行到一切的生物（病毒等在外），由于简直左右的生物都有着细胞膜。这样，咱们身边会有着让人不可思议的能量将被咱们运用。
