随着世界人口不断增长，人们的需求也在增长，全球变暖已经是一个普遍共识的话题，而导致全球变暖的其中一个原因是化石燃料需求量的不断增加。
解决这个问题的方案就是用更清洁、更可持续的能源来替代化石燃料，现在这是个新兴行业，理论上的替代方案有很多，比如太阳能、风能、水力和地热能等等，但是这些都有它们的极限性，因为它们都需要在特定地点的。
水力发电大坝需要快速流动的水，太阳能电池板需要强烈的阳光，风车需要平坦开阔的土地。
那么，是否有一种更加灵活的发电方式呢？
答案是有的，只要让可以发电的微生物发挥作用就行了！到时它将像现在的火力发电一样，只不过它只要我们的废弃物，这是生物电领域。
关于生物电
生物电是生物体（如细菌、藻类或真菌）产生的电。当给它们足够的食物时（从浪费的食物到木头的任何有机物），它们会通过新陈代谢活动产生少量的电力。
生物电这个词并不新鲜。18世纪80年代，路易吉·加尔瓦尼（Luigi Galvani）第一次使用了这个词，他用闪电电击了一只青蛙，看它的肌肉是否会抽搐，结果青蛙的确抽搐了。
从那时起，生物学家们就对生命如何创造和使用电力着迷了。然而现在，生物电被更多地用于描述像细菌这样的小型生命产生的电，我们可以将其用于生产用途。
我们可以通过将细菌放入电池中为自己产生这种能量。产生生物电的生化反应发生在电池内的一个特殊装置中，该装置包含两个电极，有机物(基质)和微生物。这种设置称为微生物燃料电池(MFC)。
MFC类似于《终结者3》中阿诺德·施瓦辛格中使用的燃料电池，它的功能和我们传统电池十分类似。
MFC也具有带正极的正截面(阳极)和带负极的负截面(阴极)，在正极部分产生的电子被阳极拾取，它们经过阴极产生电流。
MFC和传统燃料电池的区别在于，传统燃料电池通过化学反应来发电，而MFC通过生物过程来发电。
细菌存在于阳极(正极)中。当食物供应时，它们会释放电子，这些电子被阳极吸收，导致阳极上的电子比阴极上的要多，所以电子会压缩到阴极上。
氧、质子和电子在阴极(负极)发生反应。质子和电子的流动在两个电极之间产生电位差，从而产生生物电。
图为：蔗糖分解释放质子和电子的方程式
MFC使用何种微生物?
这种细菌的学名是电化学活性微生物(EAMs)，它是这一类微生物的总称，这些微生物可以将化学能，食物中的能量，转化为电能。
为了让它们发挥化学能转化为电能的魔力，需要把它们放在一个无氧环境，因为氧会不断夺走电子。
有些电化学活性微生物的能力更强，它们更合适作为MFC的发电微生物，因为它们能产生使电子转移更容易的蛋白质。
另外，废水或沼泽底部的天然微生物群落也能很好地产生生物电。这点很有利，或许我们可以简单地利用这种自然功能来满足我们的生物电需求。
图为：日本这样的小国每年产生2000万吨的食物和厨房垃圾
哪些底物可被细菌利用？
现在，我们所产生的垃圾最终被扔进了垃圾填埋场或海洋，或者被焚烧，在空气中释放出大量的有害气体。
如果生物电技术趋于成熟，我们能够充分利用所有潜在的废弃物，我们的垃圾能满足世界大约7-15%的能源需求。
污水、食物残渣、泥土、动物粪便或任何种类的有机废物都是生物能量的极好来源，微生物可以利用它们来产生生物电，甚至连塑料可能都会有微生物来分解。
生物电力是未来吗？
利用MFC生产生物电是一个无污染的过程。有机物被细菌厌氧分解以产生生物电。不燃烧，不产生有毒气体，也不产生危险废物。这是一种绿色、可持续的能源生产方式。
然而，最大的限制是产生的功率很低。目前，MFC平均只能提供0.5 V的电压。而一个普通7号电池可以提供1.5 V的电压。
尽管产生的能量很小，但MFC仍然有其用途，比如小型无线传感器供电，由于MFC不需要充电，所以不用担心传感器会因为电池耗尽而失效。
另一个缺点是我们不能在低温下使用。在寒冷的环境下，细菌的活性下降，它们的代谢率将降低，就基本不会产生电能。
最后
目前研究人员的主要焦点是在污水处理厂建立生物电厂，无论产生什么生物电都可以储存在电容器中，当生物电量达到足够的水平，就可以从电容器中释放出来。
从理论上讲，MFC是一种既能解决能源问题又能解决浪费问题的方案。
想象一下，在几十年后，人们的房子或建筑物将会附在MFC上，把垃圾倒进垃圾桶里，就等于给电池充电，这些电能反过来造福我们。
随着科技的发展，未来总是美好的！
