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微生物:未来能源主力军

2019年11月08日 栏目:娱乐

一直以来,微生物都在科技领域扮演着重要角色。如今,除了面包发酵之外,它们还增添了生成燃料和制造电池的新功能,这些看似微不足道的生命体将在二十

一直以来,微生物都在科技领域扮演着重要角色。如今,除了面包发酵之外,它们还增添了生成燃料和制造电池的新功能,这些看似微不足道的生命体将在二十一世纪担负起应对能源挑战的重任。

宾夕法尼亚州立大学(PennStateUniversity)的布鲁斯·洛根(BruceLogan)认为,微生物是生产甲烷的最佳原料。洛根及其同事在湿地、沼泽地和垃圾填埋场等处多次进行了实验,发现微生物可在通电情况下将二氧化碳和水转化为甲烷,其中水解细胞将电能储存在甲烷中的效率高达80%。

相关的实验报告刊登在《环境科学与技术》(EnvironmentalScienceandTechnology)上,洛根教授还在一份特别声明中强调了微生物生产法在环保方面的优势。当甲烷燃烧时,它所排放的二氧化碳数量正好与当初吸收的数量相当,因而不会向环境排放额外的温室气体。不仅如此,假如生产流程中的电能来自于太阳能或风能,那么整个燃料循环过程都不会对环境造成任何污染。根据洛根的解释,尽管这一生产过程无法固定碳,但它可以将二氧化碳转化为燃料,从而实现碳中立。

与此同时,病毒亦成为工程学领域的新秀,新一代微生物电池的研制正在紧锣密鼓地进行当中。其工作原理和燃料电池类似,即通过微生物的生命活动产生氢、甲酸、氨之类的“电极活性物质”作为电池燃料,然后将化学能转换成电能。例如,美国航空航天局利用微生物处理尿液,将生产出的氨气作为电极活性物质,从而获得微生物电池,同时也解决了废物处理问题。在密封的宇宙飞船里,每位宇航员每天可排出22克尿液,生产47瓦电力。麻省理工学院的安吉拉·贝尔(AngelaBelcher)及其同事对一种名为M13的病毒进行了基因改造,成功地使其自行构造出改良版锂离子电池的电气网络。贝尔在实验报告中称,病毒型电池的能量和动力性能可与美国最先进混合动力汽车的充电电池相媲美。

根据美国麻省理工学院发表的声明,M13会自行生成一层磷酸铁的外衣,吸附碳纳米管并构造出网络型高度导电材料,可用于合成并装配微小的钴氧化物电线。这种病毒结构较为简单,其直径不过6纳米,长880纳米,可以在室温下发生反应,使得实验的操作难度大为降低。尽管这种微生物电池不能像普通锂离子电池一样不限次数地充电,但它提供的动力较之后者更为持久。

在大多数人的心目中,“病毒”一词往往带有贬义,然而它们依然是地球生物体系中不可或缺的一部分。根据麻省理工学院发表的声明,本次实验中采用的病毒对人体完全无害。当越来越多的工程师加入能源科技的大军时,我们有理由相信,生物学与传统物理学的结合将为人类走出能源困境带来新的希望。

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