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譚薇

一直以來，微生物都在科技領(lǐng)域扮演著重要角色。如今，除了面包發(fā)酵之外，它們還增添了生成燃料和制造電池的新功能，這些看似微不足道的生命體將在二十一世紀(jì)擔(dān)負(fù)起應(yīng)對能源挑戰(zhàn)的重任。

賓夕法尼亞州立大學(xué)(Penn State University)的布魯斯·洛根(Bruce Logan)認(rèn)為，微生物是生產(chǎn)甲烷的最佳原料。洛根及其同事在濕地、沼澤地和垃圾填埋場等處多次進(jìn)行了實驗，發(fā)現(xiàn)微生物可在通電情況下將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為甲烷，其中水解細(xì)胞將電能儲存在甲烷中的效率高達(dá)80%。

相關(guān)的實驗報告刊登在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》(Environmental Science and Technology)上，洛根教授還在一份特別聲明中強調(diào)了微生物生產(chǎn)法在環(huán)保方面的優(yōu)勢。當(dāng)甲烷燃燒時，它所排放的二氧化碳數(shù)量正好與當(dāng)初吸收的數(shù)量相當(dāng)，因而不會向環(huán)境排放額外的溫室氣體。不僅如此，假如生產(chǎn)流程中的電能來自于太陽能或風(fēng)能，那么整個燃料循環(huán)過程都不會對環(huán)境造成任何污染。根據(jù)洛根的解釋，盡管這一生產(chǎn)過程無法固定碳，但它可以將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料，從而實現(xiàn)碳中立。

與此同時，病毒亦成為工程學(xué)領(lǐng)域的新秀，新一代微生物電池的研制正在緊鑼密鼓地進(jìn)行當(dāng)中。其工作原理和燃料電池類似，即通過微生物的生命活動產(chǎn)生氫、甲酸、氨之類的“電極活性物質(zhì)”作為電池燃料，然后將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。例如，美國航空航天局利用微生物處理尿液，將生產(chǎn)出的氨氣作為電極活性物質(zhì)，從而獲得微生物電池，同時也解決了廢物處理問題。在密封的宇宙飛船里，每位宇航員每天可排出22克尿液，生產(chǎn)47瓦電力。麻省理工學(xué)院的安吉拉·貝爾(Angela Belcher)及其同事對一種名為M13的病毒進(jìn)行了基因改造，成功地使其自行構(gòu)造出改良版鋰離子電池的電氣網(wǎng)絡(luò)。貝爾在實驗報告中稱，病毒型電池的能量和動力性能可與美國最先進(jìn)混合動力汽車的充電電池相媲美。

根據(jù)美國麻省理工學(xué)院發(fā)表的聲明，M13會自行生成一層磷酸鐵的外衣，吸附碳納米管并構(gòu)造出網(wǎng)絡(luò)型高度導(dǎo)電材料，可用于合成并裝配微小的鈷氧化物電線。這種病毒結(jié)構(gòu)較為簡單，其直徑不過6納米，長880納米，可以在室溫下發(fā)生反應(yīng)，使得實驗的操作難度大為降低。盡管這種微生物電池不能像普通鋰離子電池一樣不限次數(shù)地充電，但它提供的動力較之后者更為持久。

在大多數(shù)人的心目中，“病毒”一詞往往帶有貶義，然而它們依然是地球生物體系中不可或缺的一部分。根據(jù)麻省理工學(xué)院發(fā)表的聲明，本次實驗中采用的病毒對人體完全無害。當(dāng)越來越多的工程師加入能源科技的大軍時，我們有理由相信，生物學(xué)與傳統(tǒng)物理學(xué)的結(jié)合將為人類走出能源困境帶來新的希望。