什么是微生物燃料电池？

近年来，搭载以氢为燃料的氢燃料电池的燃料电池汽车被积极用于控制全球变暖，并开始在公共道路上投入实际使用。它的能源效率是传统汽油发动机的三倍以上，并且不排放二氧化碳，因此期望值很高，但也存在延长铂电极寿命、制氢、运输和基础设施等诸多问题。另一方面，使用生物质（包括来自作为工业原料和能源的动植物的有机物质的各种废物）作为燃料的微生物燃料电池正受到关注。循环中心还正在研究应用微生物燃料电池的机制（2016 年 12 月号）通过微生物电解废物（2015 年 8 月号“从 CO2 产生物质的微生物电解”）的能源生产。“从有机废水中生产氢气和通过电和微生物的共同作用产生废物”）。

微生物燃料电池

微生物燃料电池（MFC）是一种利用微生物的代谢能力将有机物质（保留化学能的物质）等燃料转化为电能的装置（图）。微生物燃料电池由正极（阴极）和负极（阳极）组成。在负极，电极收集燃料（有机物）被微生物氧化分解时产生的电子。电子通过外部电路移动到正极。转移的电子是正极，被氧化剂的还原反应消耗掉。电子根据发生在负极的化学反应和发生在正极的化学反应之间的氧化还原电位（转移和接收电子的能力）的梯度流动。在外电路中获得等效于两极电位差与流经外电路的电流的乘积的能量。

MFC 作为一个概念已经有很长一段时间了。例如，在1970年代，据说在美国NASA研究它是因为它期望作为空间站的能源。此后，20世纪一些实验室开始对微生物燃料电池进行研究，但并未受到太多关注。究其原因，当时（20世纪），对石油资源短缺和全球变暖等问题的认识不高，对新能源的期望不高，获得的电力输出量太低。为了将电子从微生物转移到电极，作为电子介质的化合物是必不可少的。但是，在1990年代后期，发现了无需人工添加电子介质即可相对高效地将电子传输到负极的微生物，并且在21世纪对设备进行了改进。对微生物燃料电池的兴趣。对可再生能源需求的广泛认可也推动了微生物燃料电池的研究。

MFC利用微生物分解有机物过程中产生的电子来发电，与目前主流的火电、水电、核电等发电方式不同，它可以直接提取电能。此外，可以用相对简单的设备发电，有望降低成本，安装在基础设施设备不完善的地区。MFC的优点是可以将污水、污泥等有机物作为燃料，在发电的同时可以应用于有机废弃物的处理、水质的改善等环境净化。此外，通过将燃料电池燃料来源的生物质从废水扩展到未使用的农业废物，如稻草和糖蜜，可以开发出更高产量的生物质利用微生物燃料电池。

MFC 的社会化实施有多种可能性，例如大型系统并入污水处理设施、生活垃圾处理和便携式 MFC，需要相应地优化系统。MFC是一种将有机物转化为电能同时利用电极氧化分解有机物的装置，未来将应用于小型电源、生物质发电、废水处理、生物传感器等多种用途。备受期待。

图1 微生物燃料电池概念图