制造能源的微生物

甲烷菌制造沼气

在泥泞的沼泽或水草茂密的池塘里，生活着无数专爱“吹气泡”的小生命，名叫甲烷菌。甲烷菌是地球上最古老的生命。在地球诞生初期，死寂而缺氧的环境造就了首批性情随和的“生灵”，它们不需要氧气便能呼吸，仅靠现成简单的碳酸盐、甲酸盐等物质维持生计，然而它们具有生命实体——细胞，并开始自然繁殖。这就是生物的鼻祖——甲烷菌。

时至今日，地球几经沧桑，甲烷菌却本性难移，仍保持着厌氧本色。当然，现代甲烷菌的“食物”来源更加广泛，杂草、树叶、秸秆，食堂里的残羹剩饭，动物粪尿，乃至垃圾等都是甲烷菌的美味佳肴。沼泽和水草茂密的池塘底部极为缺氧，甲烷菌躲在这里“饱餐”一顿之后，便舒心地呼出一口气来，这便是沼气泡，沼气泡中充满了沼气。

沼气的主要成分是甲烷，另外还有氢气、一氧化碳、二氧化碳等。它是廉价的能源，用于点灯做饭，既清洁又方便；还可以代替汽油、柴油，是一种理想的气体燃料。

现在世界上大多数国家都在为燃料不足而发愁，开发利用新能源已成为世界性的紧迫问题。而小小微生物却能为人类分忧，在解决能源危机的问题上作出了自己的贡献。

在国外，已有许多工厂使用沼气作燃料开动机器。我国也有不少地区特别是农村兴建了沼气池，人工培养微生物制取沼气。

据估计，每立方米沼气池可以生产6000千卡左右的热量，可供一个马力的内燃机工作24小时；供一盏相当于60瓦～100瓦电灯亮度的沼气灯照明5小时～6小时。还可以建成沼气发电站把生物能变成电能。甲烷菌的食料非常广泛，几乎所有的有机物都可以用作沼气发酵的原料。

沼气池则为甲烷菌提供了一个缺氧的环境。在这里，甲烷菌可以愉快地劳动，源源不断地产生沼气。一个年产20000吨酒精的工厂，如将全部酒精废液生产沼气，每年可得沼气1100万立方米，相当于9000吨煤。而且，被甲烷菌“吞嚼”过的残渣，还是庄稼的上等肥料，肥效比一般农家肥还高。

酵母菌制造乙醇

乙醇，就是我们通常说的酒精。纯乙醇的沸点为78.5℃，很容易燃烧，在世界面临能源危机的今天，开发利用乙醇作动力燃料，正受到人们越来越多的关注。

有的国家把乙醇掺进汽油里混合使用，称为醇汽油，效率甚至比单用汽油还高。产糖量居世界第一的巴西，完全用乙醇开动的汽车，已经在圣保罗的大街上奔驰了。

生产乙醇的主角是大名鼎鼎的酵母菌。它能够在缺氧的条件下，开动体内的一套特殊装置——酶系统，把碳水化合物转变成乙醇。近些年来人们又陆续发现，微生物王国中能够制造乙醇的菌种还不少，比如有一种叫酵单孢菌的，它的本领比酵母菌还高，不仅发酵速度快，生产效率高，而且能更充分地利用原料，产出的乙醇要比酵母菌高出8倍多，是更为理想的乙醇制造者。

在相当长的一段时间里，微生物用来生产乙醇的原料主要是甘蔗、甜菜、甜高粱等糖料作物和木薯、马铃薯、玉米等淀粉作物，现在人们找到了一种廉价的原料，这就是纤维素。

纤维素也是碳水化合物，而且在自然界里大量存在，许多绿色植物及其副产品，如树枝树叶，稻草糠壳等，几乎有一半是纤维素，用它们做原料可以说是取之不尽，用之不竭。当然，用纤维素做原料对酵母菌来说，将发生极大的困难，也就是说很难施展它的发酵本领。

不过有办法，人们早就从牛、羊等牲畜能吸收纤维素的研究中发现，微生物中的球菌、杆菌、黏菌和一些真菌、放线菌，会分泌出一种能催化纤维素分解的酶，叫纤维素酶。纤维素酶先把纤维素分解成单个葡萄糖分子，然后酵母菌就能把葡萄糖发酵变成乙醇。

更令人赞叹不已的是，有一种叫嗜热梭菌的微生物，它们居然能一边“吃”纤维素，一边就“拉”出乙醇来，那就更简单了。在日本和韩国等地，利用木霉和酵母菌协同作战，也成功地用纤维素生产出了乙醇。微生物利用纤维素做原料生产乙醇，为乙醇登上新能源的宝座铺平了道路。由于这些原料都来自绿色植物，所以有人把乙醇称为绿色的汽油。

新型微生物电池

煤炭、石油、天然气，是当前人类生活中的主要能源。随着人类社会的发展和生活水平的提高，需要消耗的能量日益增多。可是这些大自然恩赐的能源物质，是通过千万年的地壳变化而逐渐积累起来的，数量虽多，但毕竟有限。因此，人们终将面临能源危机的一天。当然，人们可以从许多方面获取能源，例如太阳能就是一个巨大的能源，此外像地热、水力、原子核裂变都可以放出大量的热能。试验研究表明，利用微生物发电，向人们展示出美好的前景。

电池有很多种类，燃料电池是这个家族中的后起之秀。一般电池是由正极、负极、电解质三部分构成，燃料电池也是这样：让燃料在负极的一头发生化学反应，失去电子；让氧化剂在正极的一头发生反应，得到从负极经过导线跑过来的电子。同普通电池一样，这时候导线里就有电流通过。

燃料电池可以用氢、联氨、甲醇、甲醛、甲烷、乙烷等作燃料，以氧气、空气、双氧水等为氧化剂。现在我们可以利用微生物的生命活动产生的所谓“电极活性物质”作为电池燃料，然后通过类似于燃料电池的办法，把化学能转换成电能，成为微生物电池。

作为微生物电池的电极活性物质，主要是氢、甲酸、氨等。例如，人们已经发现不少能够产氢的细菌，其中属于化能异养菌的有30多种，它们能够发酵糖类、醇类、有机酸等有机物，吸收其中的化学能来满足自身生命活动的需要，同时把另一部分的能量以氢气的形式释放出来。有了这种氢作燃料，就可以制造出氢氧型的微生物电池来。

在密闭的宇宙飞船里，宇航员排出的尿怎么办？美国宇航局设计了一种巧妙的方案：用微生物中的芽孢杆菌来处理尿，生产出氨气，以氨作电极活性物质，就得到了微生物电池，这样既处理了尿，又得到了电能。

一般在宇航条件下，每人每天排出22克尿，能得到47瓦电力。同样的道理，也可以让微生物从废水的有机物当中取得营养物质和能源，生产出电池所需要的燃料。

尽管微生物电池还处在试验研究的阶段，但它在不久的将来，定将给人类提供更多的能源。