“喂养”真菌来发电？微生物燃料电池有新突破

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“喂养”真菌来发电？微生物燃料电池有新突破

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https://finance.sina.cn/cj/2025-01-15/detail-inefaiqv7046051.d.html

瑞士联邦材料科学与技术实验室（EMPA）的研究人员开发出一种可利用真菌发电的电池。这种可生物降解且无毒的电池可以为温度传感器和其他类似的微型设备供电。

真菌，这种让人类又爱又恨的微生物，在研究人员的开发下又获得了一项新技能：发电。瑞士联邦材料科学与技术实验室（EMPA）的一组研究人员开发出一种可利用真菌发电的电池。这种可生物降解且无毒的电池可以为温度传感器和其他类似的微型设备供电。

图说：Empa科学家Gustav Nystroem手持被蜂蜡包裹的真菌电池

严格来说，该电池不是传统意义上的“电”池，而是所谓的微生物燃料电池（MFC）。微生物燃料电池（MFC）是一种绿色电子产品，与金属电池利用金属的氧化还原反应原理不同，MFC通过利用微生物的代谢来产生能量，不仅完全无毒，而且还可以生物降解。

早在1910年，细菌就已经被证实可以制造出活体电池。目前大部分的微生物燃料电池都是由细菌、古细菌以及藻类提供的能量。而本次的最新研究成果，可能是科学家首次通过利用两种不同的真菌：酵母菌和白腐菌，成功制作出燃料电池。酵母菌通常用于制作面包、啤酒和奶酪，而白腐菌则因其处理废水和降低农作物重金属毒性的能力而闻名。总之都可以算是人类的好朋友了。

“我们首次将两种真菌结合在一起，创造出了一个功能齐全的燃料电池。”Empa研究员Carolina Reyes说道。

利用微生物发电

几乎所有生命体，包括真菌，都能通过代谢功能，将食物中的有机营养物质转化为能量。研究人员开发的真菌燃料电池正是利用了两种真菌的新陈代谢机制，将部分能量捕获为电能。

和其他电池一样，真菌燃料电池也由阳极和阴极组成。在电池的阳极，酵母菌以糖为食，当它处理这些营养物质时就会释放电子。在电池的另一侧，白腐菌会产生一种酶，这种酶可以捕获电子并传导出电池。

图说：阳极和阴极分别被蜂蜡包裹的真菌电池

而且，在制备过程中，真菌并不是被“种植”到电池中的，而是研究人员结合了3D打印技术，将真菌混入油墨，直接打印出的电池组件。研究人员通过混合纤维素与真菌细胞特制出了3D打印“油墨”。纤维素不会干扰真菌的自然生长，而且同时还具有可生物降解性。“油墨”中还被添加了炭黑和石墨薄片，因此具有导电性。

通过3D打印技术，研究人员可以设计制作出各种复杂的形状与结构，而且还可以精确控制特定电能对应的材料使用量。

由于纳米纤维素是纤维状的，因此在3D打印时可以通过创建具有大表面积的纤维网络，从而增加电极和电解质之间的接触。孔隙率的增加和电解质进入的增加可以提高电极内电化学反应的效率，从而整体改善电化学性能。

不过，从实验结果来看，这种装置目前还无法为大型设备供电，但经过测试，真菌电池在数天内成功产生了300到600mV之间的电压。这足以为监测温度变化的微型蓝牙传感器供电。将四块电池并联，可为小型传感器供电65小时。

由于真菌的首选营养来源是简单的糖，可以通过“投喂”糖分来激活真菌电池。“真菌电池可以以干燥状态储存，并通过简单地添加水和营养物质来在现场激活它们。”这项研究的第一作者、EMPA 研究科学家卡罗莱纳·雷耶斯说。

微生物燃料电池的必要性

虽然大型电子设备很容易收集和回收，但传感器和其他微小电子元件却常常被忽视。这些元件通常由不可生物降解的材料制成，并且通常含有有毒物质，最终污染土壤和水源。根据研究作者的说法，“由于电子产品中含有不易回收或易降解的部件，预计到2030年，电子垃圾将达到7470万吨。”这意味着到2030年，我们将不得不处理相当于1万座埃菲尔铁塔重量的不可回收电子垃圾。如此大量的有毒电子垃圾严重危害了人类的生存环境。

“因此，迫切需要开发使用更环保、无毒和可再生材料的绿色电子产品，”研究员Reyes说。

为了检测真菌电池的环境影响，研究人员还对电池进行了分解性测试，以确定真菌生物电池能在人工堆肥中分解。通过实验，研究人员观察到MFC电池组的不断分解和质量损失。大约3周后，大部分包裹着电池的蜂蜡已分解成肉眼可见的碎片。