給細(xì)菌“喂”勺糖，做成電池持續(xù)產(chǎn)電80小時。天津大學(xué)化工學(xué)院學(xué)生團(tuán)隊研發(fā)出的高效混菌微生物燃料電池，獲得了2015國際遺傳工程機器設(shè)計競賽金獎及該賽事最佳能源工程單項獎。

由于資源能源的匱乏，人們的目光由傳統(tǒng)風(fēng)能、電能轉(zhuǎn)向更加貼自然、廉價的微生物電催化，以工程理念經(jīng)過不斷改進(jìn)優(yōu)化微生物燃料電池已成為年來生物化工領(lǐng)域的研究熱點之一。天大學(xué)生團(tuán)隊第一次將復(fù)雜的混菌體系概念應(yīng)用到微生物燃料電池中，并且得到了較為高效穩(wěn)定的電輸出結(jié)果。

微生物燃料電池是一種利用微生物將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。目前，國內(nèi)外研制單一菌種微生物燃料電池較多，但由于產(chǎn)電菌自身代謝能力有限、提升空間小、改造困難、培養(yǎng)條件苛刻等，導(dǎo)致傳統(tǒng)的微生物燃料電池產(chǎn)電效率低，很難實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。

天大的微生物燃料電池則選取了混合菌群體系。學(xué)生們利用基因工程對菌株進(jìn)行改造，使工程化培養(yǎng)的混菌體系不僅共生，還能高效協(xié)同。“我們設(shè)計的體系中，每一種微生物都有各自獨特的職能，分工明確、各司其職。這樣能夠減輕傳統(tǒng)微生物燃料電池中產(chǎn)電細(xì)菌的代謝負(fù)擔(dān)，提高其電子傳遞效率，使體系供電持續(xù)時間更長，效率更高。”團(tuán)隊成員之一、天津大學(xué)化工學(xué)院生物化工專業(yè)研究生劉悅介紹說。

“細(xì)菌群就好像一個各司其職的團(tuán)隊，培養(yǎng)基為它們提供生存必備空氣和水，我們希望今后通過給它們‘喂’飯??加一勺糖或者一把含有纖維素的草，使其干勁兒更足，產(chǎn)電量能夠滿足我們生活生產(chǎn)的需求。”團(tuán)隊指導(dǎo)教師天津大學(xué)化工學(xué)院元英進(jìn)教授說，“經(jīng)過逐步技術(shù)優(yōu)化，能生產(chǎn)出同鋰電池電量相同的電輸出，且持續(xù)時間長，成本低，綠色零污染。”

據(jù)了解，天大化工學(xué)院研制的這款電池目前能持續(xù)高效產(chǎn)電超過80小時。未來，通過工程化設(shè)計和裝置材料改進(jìn)，有可能做成5號電池，甚至手機電池。

國際遺傳工程機器設(shè)計競賽評委對天津大學(xué)化工學(xué)院團(tuán)隊的成果評價頗高。英國埃克賽特大學(xué)生物中心主任約翰?愛教授認(rèn)為：“混菌電池具有很好的前景，天大所做的工作非常好。”

國際遺傳工程機器設(shè)計競賽由美國麻省理工學(xué)院主辦，是合成生物學(xué)領(lǐng)域最高國際性學(xué)術(shù)競賽。合成生物學(xué)學(xué)科試圖重新設(shè)計現(xiàn)有的天然的生物系統(tǒng)，或是設(shè)計和構(gòu)建人工生物組建和系統(tǒng)，目的在于通過了解天然生物體系的運作機理來創(chuàng)造全新的生物體系。