随着缓解气候变化成为世界性课题，各国都在推进使用太阳能和风能等可再生能源进行发电。近年来，除了广为人知的太阳能发电和风力发电外，利用微生物从废水中制取电力的微生物燃料电池也备受关注。

在威斯敏斯特大学从事生物催化剂技术研究的Godfrey Kyazze对微生物燃料电池的机制和应用进行了解说。

燃料电池包括电子流出外部电路的阳极（负极）和电子从外部电路流入的阴极（正极），通过消耗两个电极之间的燃料进行发电。微生物燃料电池的特征是，由分解有机物以提取电子的微生物来负责在电极处从燃料中提取电子。

在一般微生物燃料电池中，阳极室和阴极室由隔膜隔开，作为催化剂的微生物在阳极生长，分解燃料中的有机物，将其转换成电子和氢离子。在该反应中生成的电子通过外部电路流入阴极室，氢离子也透过隔膜移动到阴极室，因此在阴极室中氢离子和电子发生反应生成水。燃料中的有机物不断被微生物分解，电子通过外部电路被输送到阴极室，从而产生电流。

当前，已经开发出一种能够使小型风扇和LED灯运行的微生物燃料电池。另外，微生物燃料电池还具有“耐盐性强”、“室温下也能工作”、“可以将各种物质作为燃料”等优点，因此将来有可能大幅改变发电系统。

Kyazze对4种有发展前景的微生物燃料电池应用案例进行了说明。

1、利用粪尿发电

粪便和尿液中含有的可生物降解有机物可作为使微生物燃料电池产生电力的燃料而受到关注。实际上，在加纳进行的一项在厕所里安装微生物燃料电池的研究已经表明了将厕所变成发电站的可能性。

在该实验中，使用了安装有微生物燃料电池的厕所，从尿液中除去氮气并将粪便制成堆肥，同时产生了足够的电力为厕所内的LED灯供电。Kyazze表示，在电网不完善的偏远地区和难民营，将厕所内的粪尿作为燃料进行发电的机制可能非常有用。

2、利用植物发电

通过应用微生物燃料电池，也可以使用活的植物进行发电。下面的视频展示了如何使用植物来发电。

网址：https://www.youtube.com/watch?v=XESK2DleVro

植物在成长过程中会生成葡萄糖等碳水化合物，其中一部分会以根部浸出液的形式流到周围。

因此，可以在根部的周围设置阳极室，在用隔膜隔开的位置设置阴极室，构成微生物燃料电池。

以根部浸出液为燃料，微生物从中提取电子。

通过外部电路可以用于照明和设备充电等。

最终电子流入阴极室。

利用植物的微生物燃料电池可能彻底改变无法接入电网的孤立社区的发电方式。Kyazze认为将来还可以利用道路两侧的树木来照亮街道。

3、低功率脱盐系统

由微生物燃料电池稍加改变后得到的微生物“脱盐系统”也备受关注。在该系统中，微生物燃料电池的阳极室一侧设置有阴离子交换膜，阴极室一侧设置有阳离子交换膜，在两个膜的内部放入想要脱盐的水。

当微生物发挥作用在阳极室产生氢离子时，氢离子不能通过阴离子交换膜进入待脱盐的水中。因此，阴离子通过阴离子交换膜从待脱盐的水中流入阳极室一侧。另一方面，电子通过外部电路移动到阴极室一侧时，便与氢离子发生反应将其消耗掉，所以阳离子通过阳离子交换膜从待脱盐的水中流入阴极室一侧。

通过重复这种交换，由两个膜包围的水实现脱盐。Kyazze表示，由于现有的海水淡化系统耗能巨大，所以一边发电一边进行大规模淡化的方法可以说是革命性的创新。

4、改善甲烷发酵法的效率

甲烷发酵法（厌氧发酵法）是指利用微生物分解废水中含有的有机物，提取出以甲烷为主要成分的沼气（可作为天然气使用）。一般来说，甲烷发酵法效率低，但Kyazze表示，通过结合甲烷发酵法和微生物燃料电池系统的电化学甲烷合成法（electromethanogenesis），可以改善甲烷发酵法的效率。

目前越来越多的企业加入到生物燃料电池的商品化研究中，kyazze表示，将来微生物燃料电池还有可能被应用于宇宙空间发电，为长期太空任务提供电力供应。

以污水和废水为燃料的微生物燃料电池所具备的可能性