微生物燃料电池将甲烷转化为电力

据外国媒体报道：天然气井口的甲烷泄漏可能成为温室气体的一个重要来源，如果将这些气体输送到市场则可能有效地解决这个问题。现在，一个国际研究团队已经完成了第一步，他们的研究成果可以通过微生物燃料电池在矿井附近将甲烷转化为电力。

宾夕法尼亚州立州立大学生物技术教授兼化学工程教授Thomas K. Wood表示，目前各天然气井都通过管道运输甲烷，因为不可避免的泄漏，常常会释放温室气体，但是如果不通过管道长距离运输，则可以减少一半的泄露。几十年来，人们一直在尝试直接转换甲烷，但是还没有人能够用微生物燃料电池来完成这个工作。

Wood教授的团队的目标是使用微生物燃料电池将甲烷转化为井口附近的电力，消除长途运输，这个目标距离完成还十分遥远，但是团队已经创造出一种能够将甲烷转化成少量电力的细菌动力燃料电池。

微生物燃料电池使用微生物将化学能转化为电能，它们可以在大多数有机材料上使用，包括废水，乙酸盐和酿造废物。然而，微生物燃料电池却不能与甲烷反应，因为虽然有消耗甲烷的细菌，但它们生活在海洋深处，目前在实验室中尚未培养。

Wood表示，他们的团队虽然知道有能够分解甲烷的细菌存在，但是无法在培养基上生长，但是团队在黑海底部找到了一些细菌，并对它们的DNA进行了研究，并将其合成。研究人员实际上创建了一大群发电细菌，它们中的每个细菌都可以完成发电工作。通过包括DNA克隆在内的合成生物学方法，研究人员创造了一种类似于黑海深处的细菌，其优点是这种细菌可以在实验室里成功繁殖。

新的细菌将甲烷转换成乙酸盐并产生电子和能量，研究人员还在细菌群中添加了废物处理厌氧消化池中的污泥，这种污泥含有产生可以将电子传输到电极的细菌，但这些细菌通过一定的处理之后将适应适应甲烷环境，并在燃料电池中存活。

污泥中的细菌就像穿梭车一样，一旦电子到达电极，电子流就产生电。为了增加产生的电量，研究人员使用了一种天然存在的细菌属Geobacter，它消耗了合成细菌产生的乙酸盐。为了验证污泥中腐殖质必要性，研究人员使用仅有合成细菌和Geobacter的燃料电池进行对照，这个燃料电池没有产生电力。之后他们添加了腐殖酸，这是一种非生物的电子传导质，这时，燃料电池开始工作。来自污泥的细菌比腐殖酸更好地传输电子，因为它们是自我维持的。研究人员已经就这一进程提交了临时专利。

Wood表示，点和传导过程使得微生物燃料电池产生了大量的电力，但是数量上仅是甲醇燃料电池的千分之一。

本研究成果于5月17日发表在Nature Communications上。美国能源部高级研究计划署的能源部对本研究进行了资助。