不久前，湯森路透發布(bu)的《2014世(shi)界(jie)最(zui)具影響力(li)的科(ke)研精(jing)英(ying)》報告中，浙(zhe)大能源工程學院教(jiao)授成少安入選環境與生態學科(ke)的“高被引(yin)科(ke)學家(jia)”，他的實(shi)驗室(shi)里(li)，成千上萬受了“馴(xun)化”的細(xi)菌(jun)正在利用(yong)污水(shui)進行發電(dian)。

細菌經過“馴化”，既能清潔廢水，又能發電

走(zou)進成(cheng)少安的實驗室，幾十個(ge)比火(huo)柴盒(he)大一(yi)(yi)些的透(tou)明“盒(he)子”擺放(fang)著，這(zhe)就(jiu)是(shi)細菌(jun)電池的“原型”。仔(zi)細看，盒(he)子上(shang)方有兩(liang)個(ge)小孔(kong)(kong)，一(yi)(yi)個(ge)孔(kong)(kong)注(zhu)入污水，一(yi)(yi)個(ge)孔(kong)(kong)則(ze)排出被細菌(jun)“消化(hua)”過后變清的水。盒(he)子的兩(liang)側是(shi)兩(liang)塊圓形的材料，一(yi)(yi)個(ge)是(shi)陰極(ji)(ji)，一(yi)(yi)個(ge)是(shi)陽(yang)極(ji)(ji)。細菌(jun)在陽(yang)極(ji)(ji)表(biao)面生長，靠(kao)消耗廢水中的有機物新陳代謝(xie)，產生的電子則(ze)傳遞到電極(ji)(ji)上(shang)。在上(shang)面加一(yi)(yi)個(ge)載(zai)荷(he)，就(jiu)形成(cheng)了電流。

“我們從(cong)每平方米電極(ji)材(cai)料產生零點幾(ji)毫(hao)(hao)瓦，到(dao)(dao)幾(ji)十毫(hao)(hao)瓦電，再(zai)提(ti)高到(dao)(dao)幾(ji)千毫(hao)(hao)瓦，已經提(ti)高到(dao)(dao)5個數量級。”成(cheng)少安說，“細菌經過‘馴化’，就(jiu)能持續地消耗廢(fei)水(shui)中的有機物，既清潔(jie)了廢(fei)水(shui)，又能有發電效果。而且對(dui)環境來說是‘零負(fu)擔’。”

細(xi)菌發(fa)電(dian)研究(jiu)曾是(shi)“孤獨”的研究(jiu)。從上世(shi)紀90年代之(zhi)后，科學界對(dui)細(xi)菌產電(dian)的關注(zhu)逐漸升(sheng)溫。美國賓州州立大(da)學的教授布魯(lu)斯(si)·洛(luo)根提出，如果細(xi)菌讓廢水發(fa)電(dian)能(neng)實現，那(nei)么既處理了廢水，又產出了電(dian)能(neng)，一(yi)舉兩得。

布魯(lu)斯·洛根的課題組(zu)從污水(shui)廠(chang)取來污水(shui)，開始了雄心勃勃的實驗。當時是(shi)(shi)課題組(zu)成(cheng)員之一的成(cheng)少安負責(ze)實驗裝置的搭建和電極材料的研(yan)發。“在最初的可(ke)行性(xing)驗證階(jie)段，電量(liang)只有幾毫瓦(wa)，但我看到渾濁的廢水(shui)慢(man)(man)慢(man)(man)變得清澈，說明(ming)細菌在工作啦(la)！”成(cheng)少安說，那是(shi)(shi)細菌第一次帶給他“感動與信心”。

期待走出實驗室，走向實際應用

2009年，成(cheng)少安回到母校(xiao)浙大繼續他的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)。他的(de)(de)課題組一(yi)方面對細菌(jun)燃料電(dian)池的(de)(de)發(fa)電(dian)機理(li)做進一(yi)步研(yan)(yan)究(jiu)，同時(shi)也在進行大體(ti)量(liang)單體(ti)細菌(jun)電(dian)池的(de)(de)研(yan)(yan)發(fa)，努(nu)力(li)讓(rang)這(zhe)項(xiang)技術(shu)早日走向實(shi)際應用。

細菌(jun)燃料電(dian)池的(de)(de)難點之一，是讓(rang)盡可能多的(de)(de)微生物附著(zhu)在(zai)電(dian)極(ji)表(biao)面(mian)，而不(bu)是在(zai)污水(shui)中“自由泳”。“給他們一個(ge)(ge)舒適(shi)的(de)(de)環境，讓(rang)他們高(gao)效工(gong)作。”電(dian)極(ji)材料的(de)(de)研發就是一個(ge)(ge)攻關方向。成少安設計的(de)(de)實驗裝置和材料，由于(yu)十分巧妙，被全世界很多實驗室沿用。

“細菌比(bi)我們(men)想象的(de)(de)聰明得(de)多。”成少(shao)安說。比(bi)如，一(yi)開始課(ke)題組(zu)用(yong)一(yi)層薄膜把污水中的(de)(de)細菌分成厭氧(yang)(yang)、好(hao)氧(yang)(yang)兩(liang)個“房間(jian)”，但“墻(qiang)壁”會令電池內部(bu)的(de)(de)電阻(zu)增大，影響(xiang)發(fa)電效率。拆掉“墻(qiang)壁”會怎樣呢？課(ke)題組(zu)發(fa)現，當細菌進入反應(ying)器(qi)一(yi)段(duan)時間(jian)之后，無需人(ren)為干(gan)預，就(jiu)會自動“站隊”，形成兩(liang)個區域(yu)，好(hao)氧(yang)(yang)的(de)(de)細菌緊貼在(zai)空氣(qi)陰極一(yi)側，而厭氧(yang)(yang)的(de)(de)細菌則(ze)舒舒服(fu)服(fu)地(di)附著在(zai)另一(yi)頭(tou)的(de)(de)碳材料陽極上工作(zuo)。“這樣，我們(men)的(de)(de)反應(ying)結構就(jiu)可以簡化(hua)不少(shao)！”

 成少安說，他通過計算得出，一(yi)個10萬(wan)人小城市，生活產(chan)生的(de)(de)污水(shui)用(yong)來發(fa)電的(de)(de)話(hua)，可以供給(gei)1000戶人家(jia)的(de)(de)用(yong)電量。

“我們國家(jia)產生的(de)廢水量一(yi)天(tian)是(shi)(shi)54億噸，用(yong)實驗室里這樣迷你的(de)裝置肯定不(bu)行(xing)。還要做擴大化研(yan)究，就是(shi)(shi)把它變成立(li)方級的(de)，甚至(zhi)幾十立(li)方、幾百立(li)方單體(ti)，這樣才能(neng)在現(xian)實中應用(yong)。”成少安說，要讓(rang)這項技(ji)術走出(chu)實驗室，還需要科學家(jia)們的(de)共(gong)同努力。

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