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微生物是与建立各种创新技术相关的动态生物。一种这种发展技术是微生物燃料电池（MFC），可以产生来自有机废物的电力并减少碳足迹和环境污染。许多行业都采用了这种技术，适用于各种应用，如废水处理，生物能量生产和生物传感器。
产生电流的潜在微生物之一卵孢子虫这是一种厌氧革兰氏阴性细菌，通过发酵将氢和二氧化碳转化为醋酸盐。
与传统方法相比，MFC大大降低了污水处理厂的能耗需求。MFC通过与电活性细菌结合来实现这一点，这些细菌能够氧化有机物，并将释放的电子转移到一个固体电子受体，即电极-阳极。
对生物膜动力学（纯培养或混合培养微生物、细胞外电子转移和界面特征）的理解以及催化剂、电极和膜等材料的开发有助于降低生产成本和提高技术效率。亚博网站下载
微生物燃料电池是如何发电的？
还原电子的生物体通过向阳极提供电子来产生能量。换句话说，MFC利用了几种可以催化电化学氧化或氧化/还原反应来获取电流的细菌。
微生物通过电子转移系统产生能量是通过不同的途径实现的。以下介绍了其中一些机制：
- 电子通过覆盖阳极的溶液中的可溶介质转移到阳极。
- 电子通过细菌外膜上的蛋白质直接转移到阳极。例如,奥尼德谢瓦纳菌利用细胞色素C转移电子。然而，乳酸转化为醋酸盐需要厌氧环境。
- 通过在阴极上形成厚生物膜的细菌转移到阳极上的电子，细菌菌毛或纳米线。该反应涉及来自阴极的电子以减少阴极室中的物质。细菌将氧气转化为水（有氧腔室），硝酸盐，氮素或硫酸盐硫离子（厌氧环境），或二氧化碳与甲烷或乙酸盐。例如，我们可以考虑案例Geobacter sulfurreducens将富马酸盐转化为琥珀酸与从阴极获得的电子。
数学模型
研究人员在2020年5月的《科学》杂志上发表了一个新的数学模型自然界用于微生物燃料电池密度的计算。
科学家认为这种模式可以预测MFC产生的能量。LT基于尺寸分析方法，并将八个重要的系统变量（功能依赖性）相关联，以预测COD浓度，溶液电导率和阳极的投影表面区域的功率密度。MFC研究人员可以使用该模型来评估初始功率密度并修改其最佳结果资源。
微生物燃料电池的工业应用
例如，在生物传感器，废水处理和机器人的生产中增加了MFC的工业用法的增加。
使用传统工艺开发的传感器和生物传感器通常配备电化学电池，如锂电池。这些电池寿命有限，需要定期充电或更换。
自再生MFC为生物传感器和远程监测传感器提供长期的电源供应。该技术还降低了运营成本和环境风险。
评估人类、动物和植物消耗的水的质量是至关重要的。水质取决于几个关键参数。MFC作为一个合适的敏感系统(生物传感器)，因为任何有毒物质的存在都会对微生物的代谢活性产生不利影响。然而，选择一种特定类型的电活性微生物会增加对特定毒物的敏感性。因此，在设计生物传感器时考虑到所需的监测需求是至关重要的。
MFC还用于测定生化需氧量(BOD)水平。BOD控制是监测地下水污染物水平和微生物活性的重要手段。
基于mfc的BOD传感器提供了一种简单、快速、无创、经济的检测系统。由于多种微生物可以在废水处理中按要求去除硫化物，因此MFC在废水处理中的应用需求很大。
下面将讨论一些使用MFC技术的公司。
寒武纪创新公司
寒武纪创新与开发和销售使用MFC的环保产品有关。公司开发了一套先进的生物电化学废水处理系统，应用于城市和多个工业设施。它利用外电，即微生物直接与电极接触来产生电。
该公司还开发了实时、低成本、持久的生物电化学硝酸盐传感器，使用MFC监测地表水，这在精准农业等不同行业中至关重要。
寒武纪创新有一个反硝化系统，其专利细胞中有电活性的硝酸盐还原细菌。该系统去除污水中的硝酸盐，有助于解决各行各业和农业部门面临的严重问题。
通过美国国家航空航天局（NASA）的资助，寒武纪创新公司利用MFC开发了载人生命支持系统。它演示了从水中生产电力以供再利用。这种能量可以用于多种功能。
寒武纪创新公司还开发了一种用于国际空间站上生命维持的高级空气再生系统，降低了与二氧化碳减排相关的成本。
微有机技术
微有机技术建立了一种新的废水处理方法。其VIVA模块，基于MFC，是一个先进的系统，提供24/7实时监测，显著减少污泥，直流电源的生产，以及处理有机废物到排放阶段。
Prongineer.
Pronginer声称其独特的露天MFC设计具有成本效益和高效性。它增加了阴极-空气界面的表面积，并使电位最大化。该装置坚固耐用，用途广泛，可安装在各个部门，包括住宅化粪池和大型城市污水处理厂。
参考资料及进一步阅读资料
Gadkari，S.，Sadhukhan，J.（2020）基于量纲分析的稳健相关性，用于表征微生物燃料电池。亚博老虎机网登录科学报告。10, 8407.https://doi.org/10.1038/s41598-020-65375-5
Ivars- Barcelo, F.等(2018)微生物燃料电池在传感器和生物传感器中的新应用。应用科学。亚博老虎机网登录8.(7), 1184;https://doi.org/10.3390/app8071184
插销工。[联机]可从以下网址获得：https://prodineer.com/recover-energy/microbial-fuel-cell.
Cambrian Innovation [在线]可用：https://cambrianinnovation.com/
微有机技术[在线]https://www.microrganictech.com/
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