最小的发电厂 - 彭博社

莱昂纳德·M·坦德在华盛顿的海军研究实验室的办公室里有一个小演示，可以让来访者惊叹。他的计算机屏幕显示了从附近波托马克河的浮标传来的空气和水温数据。令人惊讶的是，浮标电子设备的电源竟然是微生物。河底的细菌吞噬有机物，并将电流送入坦德放置在河床中的电极。如果今年早些时候融化的冰没有将浮标拖到下游，这个无需维护的系统将可以无限期运行。“它的工作非常完美，最后一天产生的电力和第一天一样多，”坦德说。

坦德解释说，在自然界中，这些微生物将多余的电子传递给周围沉积物中的富铁矿物。但他表示，这种矿物可能很稀少，因此“微生物缺乏放置电子的地方。”当科学家将电极埋入沉积物中并将其连接到电路时，微生物就会附着在上面，愉快地提供电力。结果是世界上最不可能的发电厂之一。

坦德希望将这些微生物转变为湖泊和海洋中传感器和仪器的电源。这将对研究人员和军事侦察人员大有裨益，因为他们的传感设备在恶劣或偏远的水域环境中受到电池寿命的限制。

希望从微生物中获取这种电力的科学家们也在考虑更大的构想。他们设想能够寻找和吞噬有机物以产生自身电力的机器人，能够产生电力的废水处理厂，以及将阳光和二氧化碳转化为汽车燃料的生物炼油厂。开创性基因测序仪J·克雷格·文特尔建议，微生物甚至可以通过提供替代品来削弱产油国的控制力。国家科学基金会的帕特里克·L·布雷佐尼克表示，这项研究“处于非常非常早期的阶段，但潜力巨大。”

在马萨诸塞大学阿默斯特分校，微生物学家德里克·R·洛夫利弄清楚了这些微生物是如何工作的。为了证明它们的潜力，他设计了足够强大的微生物电池，可以驱动玩具SUV和其他设备。

丝状流动

洛夫利最近做出了一个重要发现。一些能够产生电力的微生物物种，如地杆菌，具有从其细胞延伸出的长而细的丝状物。在他儿子的足球比赛上，洛夫利向另一位父亲提出了一个“疯狂”的想法，即这些丝状物可能是天然的电线。这次谈话导致了实验，证明电流沿着丝状物流动。“这对我来说仍然是相当惊人的，”洛夫利说。

这一发现具有重要的实际意义。洛夫利和其他人曾认为微生物只能在紧贴电极时产生电力。然而，天然电线意味着它们可以在更远的距离连接。因此，数十亿的微生物可以将电力汇聚到一个电极上，提供比预期多10到15倍的电力。这一复合因素帮助吸引了丰田汽车公司等公司的注意（TM），该公司正在探索微生物燃料电池作为潜在的电源。“最终，我们可能能够用这些东西驱动一辆车，”洛夫利说。

更重要的是，这些多功能的微生物可以被引导制造氢气而不是电力。“我们已经证明它是可行的。现在我们必须在更大规模上展示其可行性，”正在研究该过程的Ion Power Inc.的总裁斯蒂芬·格罗特解释道。

一些科学家认为，最大的改进将来自对生物本身的改造。位于马里兰州洛克维尔的温特公司合成基因组公司和劳伦斯伯克利国家实验室（LBL）的研究人员正在尝试基因工程细胞，以直接从阳光或废物中制造氢或其他燃料。温特说，目前微生物能源的状态“就像电子爆炸的早期阶段，当时我们只有少数设计组件，如晶体管、电容器和电阻器。”

学习如何将正确的基因组合在一起可能会改变能源生产。“在这个合成生物学的新纪元，生物体可以被重新设计以做你想让它们做的事情，”LBL研究员安东·维拉-桑胡尔霍说。而且这可以相对快速地完成。“相信我。在15年内，应该会有一个产品，”温特说。

一种科幻般的可能性是在海底建立巨大的兆瓦级微生物群落。更可能的是无数小设备。微生物可以在化粪池中产生足够的电力供一个家庭使用，或者它们可以将农场废物转化为液体燃料。位于马萨诸塞州剑桥的GreenFuel Technologies Corp.已经在利用藻类将烟囱气体中的氮和二氧化碳转化为生物柴油。“对于生物启发的方法解决像能源这样棘手的问题，大家都感到非常兴奋，”投资于GreenFuel和合成基因组的风险投资家史蒂夫·T·朱尔维特森说。

此外，微生物能源可以将世界的农业地区转变为燃料出口国。“没有单一的‘下一个重大答案’，”宾夕法尼亚州立大学的微生物燃料电池研究员布鲁斯·E·洛根总结道。“我们必须开发一系列的来源，而这就是其中之一。”

约翰·凯瑞