□ 李傳福
水是地球上較大的能量載體，吸收了地球表面約35%的太陽輻射能量。人類利用水能的歷史，可追溯到春秋時期的水車或更早。利用水的勢能和動能轉換成電能來發電是現代電力來源的一種重要途徑，被稱為水伏發電。水伏發電具有可持續性、成本低，以及環境友好等特點。
近日，國際科技期刊《自然·通訊》發表論文指出，微生物生物膜可利用水蒸氣進行水伏發電，這為研發新型水伏發電能源技術帶來了可能性。
微生物生物膜是由微生物細胞及其分泌物構成的復雜生物結構，它們在自然界中廣泛存在，從河流、湖泊到土壤，甚至在我們的皮膚上。
這些微生物生物膜具有高度的多樣性和適應性，能在各種環境中生存和繁衍。
在水伏發電技術中，微生物生物膜的親水性、多孔性和導電性是關鍵特性，它們共同作用于水分子，出現能量轉換過程。
當微生物生物膜暴露在環境中，表面的親水基團能吸引并吸附水分子。這些水分子在微生物生物膜的多孔結構中移動，與微生物生物膜中的離子和電子發生相互作用產生電能。這一過程不依賴于外部能源輸入，而是直接利用環境中的水分，顯示出極高的能源利用效率。
與傳統的化石燃料發電相比，微生物生物膜水伏發電技術具有顯著的環保優勢，不產生溫室氣體排放，不依賴于有限的自然資源，而是利用自然界中無處不在的水分子。這種技術有助于減少對化石燃料依賴，推動能源結構轉型，為實現碳中和目標提供了新的途徑。
微生物生物膜水伏發電技術應用領域非常廣泛，可為偏遠地區提供清潔、可靠的能源供應，解決電力短缺問題。在環境監測和修復領域，微生物生物膜可集成到傳感器和修復系統中，實現對水質、土壤等環境因素的實時監測和修復。在可穿戴設備領域，這種技術可為智能手表、健康監測器等設備提供持續的能源支持，延長設備使用時間，提高用戶體驗。
目前，微生物生物膜水伏發電技術的實際應用，主要集中在環境監測和水質修復。墨西哥開展了處理養豬場廢水的大型試驗項目，每天能處理大約630升的廢水。美國波士頓布瑞恩創新中心開展的試驗規模更大，每天能處理2.25噸廢水。這些處理過的水足夠15個人使用。未來，該中心將擴大規模，預計每天處理20噸廢水。
隨著技術的進步，微生物生物膜水伏發電技術在不斷優化和發展。科研人員正在探索新的微生物種類和培養方法，以提高微生物生物膜的電導率和穩定性，通過材料科學和納米技術應用可改善微生物生物膜的結構和性能，提高能量轉換效率。
在實際應用中，微生物生物膜的大規模生產和集成需要解決成本和可擴展性問題，在不同環境條件下的性能穩定性也需要進一步研究。為了克服這些困難，科研人員正開展跨學科研究，結合生物學、材料科學、能源工程等領域的知識，推動技術創新和應用。
（作者系華中科技大學綠色能源工業研究中心工程師、英國皇家化學會會員）
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