细菌在生物科技领域中也有着广泛运用,例如:利用革兰细菌能分辨出许多种类细菌。目前对于细菌的一个创新应用就是细菌发电,科学家甚至预言:21世纪将是一个细菌发电、造福世界的时代。
利用细菌发电的历史,可以追溯到20世纪初期。当时,英国植物学家将金属元素“铂”作为电极,放进大肠杆菌的培养液里,成功
制造出世界上第一个细菌电池,这是一个具有划时代意义的实验。
1984年,美国科学家利用细菌设计出了一种供太空飞船使用的细菌电池。这种电池的电极活性物质,是宇航员的尿液和活细菌,这样既能缓解宇宙垃圾,又能节省能源。只不过这种细菌电池放电效率较低,在当时看来不太实用,所以细菌电池研究一直被搁置,直到80年代后期,才得到突飞猛进的发展。
细菌发电的原理是:让细菌在电池组里分解,以释放电子向阳极运动产生电能。具体方法是:利用糖类溶液(如白糖水)作为溶液,用一些燃料作为稀释液,降低溶液里糖类物质的密度。然后在发电期间,不断往溶液里填充气体,可以用管子朝溶液里吹气,同时不断搅拌**,提高生物系统输送电子的能力。
细菌电池的使用效率高达40%,比我们日常使用的普通电池的效率要高许多,可操作性也很强。
目前世界范围内已经发明了几种细菌电池,而且实用性较强。第一种是由美国设计的一种综合性细菌电池。这种电池,首先让其中的单细胞藻类利用日照,把二氧化碳和水转化为糖,接着电池内的细菌便利用这些糖来发电。
第二种是日本发明的细菌电池。日本科学家将两种细菌放入电池的特制糖浆中。让一种细菌吞食糖浆,产生醋酸和有机酸;让另一种细菌把这些酸类转化成氢气,利用氢气进入磷酸燃料电池发电。
第三种是英国发明的,一种以甲醇为电池液的细菌电池。这种细菌电池以醇脱氢酶铂金为电极。
除了制作简单的细菌电池,人类还能够像建造核电站那样筑造细菌发电站。以往的发电站,由于是利用风能、水能、核能等能源发电,所以只能建筑在大河、大风、深山等一些地理位置和气候特殊的地方,选址受到局限。
一旦细菌发电站建成并成功发电,那么发电站将打破空间局限,无处不在;将彻底解决人类用电困难的问题。
在10立方米的立方体盛器里充满细菌培养液,就可建立一个1000千瓦的细菌发电站,每小时的耗糖量为200千克。虽然发电成本高了些,但这是一种不会污染环境的“绿色”发电法。
如今,科学家们正在研究用诸如锯末、秸秆、落叶等废弃有机物的水解物来代替糖液。如果研究成功,建造细菌发电站的成本就将大大降低。