废水处理不会耗能却能产能，这是真的吗？近日，发表于《美国国家科学院院刊》的一篇论文仿佛让我们看到了这个美丽新世界的曙光。来自斯坦福大学的研究者们声称，他们这项基于微生物技术的新型电池在可见的未来将有能力把一直作为电力“消费者”的污水处理转化为能源“生产者”。

废水电池的兴衰

　　新型废水电池的循环方式与普通充电电池并无二致。位于阳极的微生物群落经由外部电路将自由电子运输给阴极的固态氧化银，后者接收电子后被还原为固态的金属银——这一步骤相当于电池的放电。之后，阴极的还原产物被置于富含氧气、水等的环境中，再次转换为氧化银，完成 “充电”的过程。
　　不过，虽然看似毫无新意，这种生物电池的革命性在于其能量的来源主要是污水中的有机物。那些散发着不太宜人的气味，却富含乙酸、葡萄糖等各种有机物的食品废水、畜禽养殖废水、城市生活废水都是极为理想的原料。同时，作为电子受体的阴极始终保持固态，只需周期性地替换这些氧化银，并在外部重新氧化“充能”后循环利用，就能避免氧气直接进入到“电池”中。相比于早先由宾夕法尼亚大学的Bruce E.Logen教授所提出的离子交换膜法，该种方式具有更高的效率。
　　其实这种生物电池并非什么新鲜产物，早在1911年英国植物学家M. C. Potter教授的酵母和大腸杆菌发电实验就已奠定了生物燃料电池的基础，之后以葡萄糖为阳极燃料，用氧气作为氧化剂的酶燃料电池一度成为了开发热点。但这种电池低下的输出功率一直让人头疼，到了1983年锂电池阳极材料的突破性进展使得那一波“生物电池热”骤然消退。
　　毕竟，在对电力来源未见忧虑的30年前，传统电池基本占领了主流市场，新型储电设备更多地是被当作理论概念或者玩物来处理。好在进入21世纪后，化石燃料面临枯竭的局面又再次赋予这种有机电池一个证明自己的机会，特别是扛着“废物利用”的旗号后令其增色不少。

成本压力来自贵金属

　　一直被视为工业负担的废水循环问题现下看起来似乎拥有巨大的盈利潜力。发达国家平均每年需要使用其3%的电力负载用于污水处理，而根据理论测算，以美国为例，若将这些废水通过微生物燃料电池合理地应用于发电，其每年产生的电力则是直接处理所需能量的3～4倍。同时，利用产电量和污物浓度的函数关系也可将微生物燃料电池制作成环境监测的传感器。
　　此外，考虑到人体内丰富的葡萄糖和氧气资源，拥有良好生物相容性的微生物燃料电池亦可作为诸如心脏起搏器这样的人造器官的可靠电源；在航天领域中，假使航员的身体排遗产物和实验废液同样能被这些微生物转换为电力，对于负重配额及其珍贵的长时间航天飞行而言，无疑也是一大利好消息。甚至由此提出的以天然食物为材料能够“自给自足”的机器人理论也有了更为充足的研究底气。
　　相比于传统化石燃料技术成熟的46%的电力转换能力，这种新型微生物燃料电池30%的发电效率已算突出，它几乎不逊于这几年飞速发展的风力和光伏发电。同时其稳定的供电能力、不产生噪音、受气候影响小、无需特定发电场所等长处更是克服了后者常为人诟病的缺点。在采用新原料“开源”的同时，又将其他产业链上留下的废物再利用以达到“节流”的目的，难怪此番理论一经提出就又受到热烈关注。
　　不过，废水电池所面临的麻烦与它的优点同样突出——阻碍该理论实现的主要问题在于能否找到替代银/氧化银的阴极组合，这也是作者在论文中不得不承认的一点——为了满足这种充电方式不被氧气影响的条件，阴极材料必须保证譬如“在反应池和氧化剂中都保持稳定的固态”、“抑菌性能好，不会被阳极微生物污染”、“足以产生供人类使用的电势”等严苛要求，从而选择了银。然而，若是要大规模商业实现该技术的话，“贵重金属对于成本控制必定会造成巨大的压力”，而培养能适应繁多种类废水的菌种并提高功率密度也是另外一个亟待解决的目标。