我們每天從下水道沖走的尿液，其實(shí)是個(gè)寶貝。近日，加拿大麥吉爾大學(xué)的研究人員使用一種名為微生物燃料電池的裝置，把尿液變成了電能，并且發(fā)現(xiàn)尿越濃，發(fā)的電越多。

它的原理是這樣的：在這套裝置里有一群吃有機(jī)物的細(xì)菌，當(dāng)把尿液倒進(jìn)去，細(xì)菌就開(kāi)始“狂炫”。它們?cè)诜纸饽蛞豪锏挠袡C(jī)物的時(shí)候，會(huì)把電子釋放出來(lái)。這些電子沿著導(dǎo)線跑到另一個(gè)區(qū)間，就會(huì)和空氣中的氧氣結(jié)合，從而形成電流。整個(gè)過(guò)程既處理了污水，又發(fā)了電。

研究人員造了四個(gè)雙室微生物燃料電池，每個(gè)有500毫升的容量。他們往里面加了不同濃度的尿液，有的只占20%，有的占50%，有的高達(dá)75%。然后，他們連續(xù)監(jiān)測(cè)了14天，看看哪個(gè)濃度的發(fā)電效果最好。

結(jié)果很明顯：尿液濃度越高，發(fā)電量越大。75%濃度的那組，電壓最高沖到了432.9毫伏，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)20%濃度的73.2毫伏。

為什么會(huì)這樣？研究人員使用了幾種電化學(xué)方法來(lái)尋找原因。

一種叫做循環(huán)伏安法，能夠觀察細(xì)菌在電極上的生長(zhǎng)過(guò)程。他們發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間推移，曲線下的面積越來(lái)越大，這說(shuō)明細(xì)菌在電極表面形成了一層生物膜。這層膜就像一層導(dǎo)電的涂層，讓電子更容易從細(xì)菌傳導(dǎo)到電極上。

另一種方法叫做電化學(xué)阻抗譜，用來(lái)測(cè)量電池內(nèi)部的阻力。結(jié)果顯示，細(xì)菌在電極上安家之后，電阻大幅下降。50%濃度的那組，電阻從367.4歐姆降到了181.7歐姆。電阻小了，電子跑得更順暢，電流自然就大了。

（來(lái)源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S）

那么，尿液里到底有什么好東西？研究人員分析了一下成分。尿液里95%是水，剩下的5%其實(shí)是各種寶貝。尿液里的有機(jī)物包含尿素、尿酸、肌酐，尿液里的無(wú)機(jī)鹽包含鈉、鉀、鎂、氯、鈣。這些東西對(duì)于細(xì)菌來(lái)說(shuō)，就是一頓大餐。尿素分解產(chǎn)生的氨還能調(diào)節(jié)pH值，給細(xì)菌創(chuàng)造更好的生活環(huán)境。

研究人員還使用基因測(cè)序技術(shù)，看了看電池里到底住了哪些細(xì)菌。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有這樣兩個(gè)細(xì)菌家族是主角。一個(gè)叫Sediminibacterium，在50%濃度的時(shí)候最活躍。另一個(gè)叫Comamonas，到了75%濃度就會(huì)變成電池里的最強(qiáng)細(xì)菌。這兩種細(xì)菌都能夠分解污染物和傳遞電子。其中，Comamonas不僅能夠處理高濃度的氨氮，還能降解一些難搞的污染物。

（來(lái)源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S）

整套實(shí)驗(yàn)下來(lái)，研究人員發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)完整的流程：尿液倒進(jìn)去，細(xì)菌開(kāi)始吃大餐，一邊吃一邊繁殖，從而在電極表面鋪成生物膜。這層膜讓電子傳輸更順暢，電阻下降、電壓上升。同時(shí)，尿液里的有機(jī)污染物被分解干凈，化學(xué)需氧量去除率最高能達(dá)到50%。

這套技術(shù)能用在哪里？論文提到了幾個(gè)場(chǎng)景。

偏遠(yuǎn)農(nóng)村沒(méi)有污水處理廠，那么就可以用它就地處理廁所廢水，順便發(fā)點(diǎn)電給手機(jī)充電。

在災(zāi)害救援的臨時(shí)營(yíng)地，可以靠它解決基本用電需求。

還有一個(gè)更有意思的用法，就是把這種電池做成生物傳感器，因?yàn)樗碾娦盘?hào)會(huì)隨著污水濃度變化，只要測(cè)一下電壓，就能知道水臟不臟，不需要復(fù)雜的檢測(cè)設(shè)備。而研究人員所使用的循環(huán)伏安法測(cè)出的曲線，則是這種傳感功能的基礎(chǔ)。

其實(shí)這套思路并不新鮮，微生物燃料電池的概念已經(jīng)存在幾十年了。但是，這次研究找到了最優(yōu)的尿液濃度配比，還弄清楚了里面微生物是怎么工作的。

圖 | 相關(guān)論文（來(lái)源：Results in Chemistry）

而且，他們把重點(diǎn)放在50%到70%這個(gè)濃度區(qū)間，正好是實(shí)際場(chǎng)景里最容易實(shí)現(xiàn)的濃度。要知道，純尿液收集起來(lái)成本太高，太稀了效果太差，目前這個(gè)區(qū)間剛剛好。當(dāng)然，它發(fā)的電還不算多，最多也就幾百毫伏，距離電量一個(gè)燈泡還有一定距離。但是，考慮到它的投入成本幾乎為零，那么廢物利用本身就是賺的。

參考資料：

相關(guān)論文

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211715625008719?via%3Dihub