中国科学院成都生物研究所应用与环境微生物中心李大平研究员课题组，就发现了一种能够在碱性条件下分解有机物且同时产生电能的微生物，并用两年多的时间揭开了它们产电的奥秘，相关的研究成果已在国际著名生物能源期刊《BioresourceTechnology》（生物资源技术）上发表。该刊物发表的文章属于全世界该领域最重要和最有影响力的研究成果之一。

    这种微生物能“吃掉”废水中有机物

    各种工业废水和生活废水，都存在着不同程度的有机物污染，衡量水质污染程度的指标COD也主要衡量水中有机物的含量。因此，各种污水处理技术都需要将污染水体中的有机物去除。

    中科院成都生物所李大平团队成员张礼霞介绍，目前科学家们已发现很多微生物在处理废水中的有机物时能够产生电能，如希瓦氏菌、地杆菌、克雷伯氏杆菌等，但这些菌种都只能在中性条件下或偏酸性的条件下产电。工业废水更多的是碱性废水，碱性条件可以抑制甲烷的产生从而有利于电能输出。因此，研究碱性条件下的微生物产电机制，对碱性废水的生物处理和微生物燃料电池的研制有重要意义。

    “两年前我们就发现了这种特殊的微生物菌种，它可以在碱性条件下分解有机物，同时还原铜、隔等多种重金属离子。”张礼霞告诉记者，这株嗜碱性假单胞菌是他们在研究污染环境中的微生物特性时意外发现的。由于微生物还原金属离子的本质就是电子的传递，这与微生物产电的原理具有一致性，于是他们决定试试这株菌是否可以产生电能。

    “结果很快就用实验证实了，它可以在降解有机物的同时产生电能。”张礼霞说，虽然这株菌在碱性条件下能将废水中的有机物彻底分解，并将其有机物中的能量全部以电子的形式转移到外电路，但这一切究竟是何原因，却花费了两年多的时间才完全弄清楚。

近百次实验发现有个电子“搬运工”

    张礼霞介绍，研究团队的成员们尝试了各种方法来寻找这种嗜碱性假单胞菌的产电机理。“由于细菌和电子都是看不见摸不着的东西，所以实验中的困难是不言而喻的。”张礼霞说，经过近百次实验的摸索、对比、分析，他们终于找到了一个突破口，即采用电化学技术发现该菌在分解有机物且产电的过程中，产生了一种具有电化学活性的物质。

    通过实验研究，发现这种假单胞菌可以“吃进”葡萄糖、蔗糖、果糖、蜜糖、淀粉、柠檬酸等多种有机物，这些有机物在微生物自身的新陈代谢中，通过各种酶的作用得以分解。最终的分解产物为水、二氧化碳和能量，这些能量小部分被细菌吸收供其繁殖和生命活动消耗，大部分以电子的形式传递到外电路产生电能。此菌分解有机物的过程与科学家们此前发现的微生物分解有机物的过程，并无太大差别。

    “不过，我们还发现这种假单胞菌的代谢过程产生了一种吩嗪-1-羧酸介体，这种介体起到了‘搬运’电子的作用。”张礼霞说，在微生物燃料电池中，该菌代谢中产生的吩嗪-1-羧酸这种中间物，具有迅速结合电子和迅速释放电子的能力。因此，在接通外电路的条件下，该介体就不停地到电子多的地方（细菌细胞中）与电子结合，然后将电子搬运到电子少的地方（外电路电极上）释放，相当于是个自动的电子“搬运工”。这样，电子就从细菌分解有机物的细胞中传递到了外电路，形成稳定的电流。

    前不久，李大平团队将这种能在碱性条件下分解有机物且同时产生电能的嗜碱性假单胞菌及其产电机理等，发表在了国际上权威的生物能源期刊《Biore-sourceTechnology》上。

    微生物燃料电池应用研究前景广

    记者获悉，李大平团队正在试验研究，COD约为500毫克/升的5升废水，可在15天将COD彻底降解，产生的平均电功率为1.7毫瓦。

    张礼霞介绍，微生物燃料电池原料广泛，可以利用多种有机物，包括废水、污水中的有机物，甚至地里的秸秆，吃剩的饭菜，都可以转变成电能。其次，它的操作条件温和，一般在常温常压下工作。这使得电池维护成本低，安全性强。第三，资源利用率高，无污染，其能量利用率可达90%以上。

    “微生物燃料电池已在全世界吸引了能源，交通，环境，航天等各方面的广泛关注，目前已有一些应用，譬如用于海上的航向标的供电，以及心脏起搏器的供电。”张礼霞说，而利用生活污水、畜牧废水的微生物燃料电池正在应用研究之中，希望以此达到分解污染物同时又可产生电力供应周围地区的需要。人们还希望研制出以宇航员的生活废物为燃料的电池，以供宇宙飞船中的能量利用；甚至可以通过“吃饭”来补充能量的机器人也将成为现实。这是一个梦幻般的前景，也是一项革命性的技术。

来源：成都商报