現在江淼要做的事情,就是研發出可以高效分解纖維素、半纖維素、木質素的胞外產電細菌。事實上,歐盟已經有相關的科研團隊通過轉基因技術,改造大腸杆菌,賦予其代謝發電的功能,同時還讓其可以分解一部分半纖維素。
這種有方向的研究,江淼研究起來並不困難。
篩選和培育高效的特化胞外產電細菌,可是江淼的拿手好戲。
他甚至不需要使用轉基因技術,直接通過各種人造環境壓力,逼迫胞外產電細菌發生變異就可以了,細菌繁殖速度非常快,變異速度也非常快,這非常有利於菌種的特化培育。
使用電流、酸堿度、化學物質、冷凍、高溫、紫外線等手段,加上各種模擬的培育環境,隻用了三天時間,江淼將獲得1種特化胞外產電細菌。
這種胞外產電細菌的母株為歐文氏菌屬的eriabillgiaeqlz3菌株,其原始特性中,如果以木質素為唯一碳源時,其木質素降解率可達2524。
而經過多次突變和篩選培育之後,該細菌不僅僅可以降解木質素,連纖維素、半纖維素都可以降解,其最高降解率可以達到97左右。
當然,這個最佳降解率肯定不是那麼容易達到的。
準確來講,這個被江淼命名為“歐文發電菌”的全新細菌,其要達到最佳降解率,需要達到的條件非常苛刻,其條件有四個,分彆是:
其一,生存環境的溫度要達到20~28攝氏度。
其二,需要和一種專門的革蘭氏陰性菌共生,這種革蘭氏陰性細菌在生長過程中會分泌一種稱為群體感應信號分子的物質,當細菌密度達到一定閾值時,這些信號分子會啟動一係列基因表達,促進本身和歐文發電菌的繁殖,兩者的代謝產物可以相互促進。
其三,需要加入特定劑量的大豆染料木黃酮(類雌性激素),才可以刺激歐文發電菌進一步繁殖和降解木質素、纖維素、半纖維素。
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其四,需要環境之中的氧氣濃度達到32。
其實江淼在實驗過程中,並不是沒有發現其他降解條件更加少的突變細菌,但正是條件少,江淼才不敢使用。
因為繁殖條件限製越少,就意味著可以在自然界中廣泛擴散的能力越強。
而歐文氏菌可是植物腐生細菌,如果其降解木質素、纖維素、半纖維素的能力如此強大,又沒有繁殖的限製條件,那不用幾年就可以將全世界的草樹木給滅了。
如果上述條件其中一個沒有滿足,將會導致歐文發電菌的降解效率直線下降。
而且該細菌對於土壤中廣泛存在的芽孢杆菌沒有抵抗力,特彆是其中枯草芽孢杆菌代謝產物,可以直接導致歐文發電菌無法繁殖,從而大麵積死亡。
正是這種苛刻的生存條件,才讓江淼從億萬突變細菌之中,將它挑選出來。
歐文發電菌在條件達到最佳的情況下,預計隻需要143個小時,就可以將含水率80左右的牛羊糞中,97的纖維素、半纖維素、木質素降解掉,其最高發電功率為每立方米473瓦特,因此可以發電67度。
但是這個最佳降解條件下,並非最佳發電條件。
歐文發電菌在23攝氏度、特定劑量的大豆染料木黃酮、264的含氧空氣中,其發電功率會下降為每立方米320瓦,但是其穩定發電的時間卻達到了360個小時,發電量可以達到115度左右。
不過這個情況下,會導致木質素、纖維素、半纖維素降解不完全,會殘留20~30左右。
江淼眼前就是一個簡易的牛糞溶液電池。
為了確保電池溶液之中的電子被高效傳遞,接下來的幾天時間裡,他嘗試了各種陽極陰極材料,試圖找出便宜又好用的材料。
一番嘗試下來,他發現傳遞效率最好的材料,是金板負極和不鏽鋼陽極,電子傳遞效率可以達到98左右。
但是不鏽鋼作為該微生物燃料電池的陽極,有一個致命的問題,那就是在使用過程中,不鏽鋼會一點點被腐蝕,隨著運行時間的推移,不鏽鋼陽極的電子傳遞效率會越來越低,預計隻能使用500~600個小時,就需要更換不鏽鋼板。
因此江淼選擇了不會被消耗的石墨板作為陽極材料,該材料的電子遷移效率為92。
至於金板,這東西並不會被消耗,雖然使用黃金作為電池陰極有點奢侈,但這又不是耗材,最多就是時間久了,金板接觸電池液的那一層,會出現微量的金元素遷移,不過遷移量非常小,按照江淼從鑒定麵板觀察的數據,估計需要幾百年,才會遷移出十分之一的金元素。
由於歐文發電菌的最佳發電反應條件比較苛刻,加上要使昂貴的金板陰極,因此肯定不能作為移動電源使用。
但是作為固定的發電設備,卻沒有太大的問題。
五個限製條件在固定環境中,都比較好解決。
溫度可以通過中央空調之類的設備調控。
空氣氧含量可以通過含氧量傳感器,加上空氣分離機製造純氧,然後定量注入電池室內。
不能接觸芽孢杆菌,那就對於原材料進行高溫消毒。
特定的革蘭氏陰性細菌可以大規模培育。
大豆染料木黃酮可以通過豆粕進行提煉,加上其使用量並不多,增加不了多少成本,不過這是一個耗材。
而革蘭氏陰性細菌和大豆染料木黃酮也是整個係統,比較關鍵的原材料,因為這兩個東西可以影響歐文發電菌的降解效率,從而影響發電功率,這讓這種微生物燃料電池的發電輸出功率,變得高度可控起來。
江淼估算了一下,目前漠南分公司的養殖場,每天會產生大約300噸鮮牛羊糞(含水量60~85),可以直接消毒之後,種入歐文發電菌、特殊革蘭氏陰性細菌,再添加定量的大豆染料木黃酮,從而製造出微生物燃料電池300立方米。
300立方米的微生物燃料電池,可以差不多可以生產317萬度電。
隻要建立起循環,每天就可以生產317萬度電,一年可以生產1141萬度電。
當然,要實現循環,就必須準備至少4500立方米容積的電池,考慮到外殼和其他配套設施,發電室內的容積至少要達到3萬立方米,就是一個占地麵積5000平方米,高度6米左右的廠房。
8畝不到的工業用地,倒不是什麼問題。
但是真正讓江淼感到棘手的東西,是作為電池陰極的金板。
他調整了好幾次,哪怕是將使用量改進到最小,每立方米電池仍然需要04公斤黃金。
4500立方米,就需要1800公斤黃金。
當然,不使用黃金,也可以使用鉑金,鉑金比較便宜一點,每噸227億元左右,咬一咬牙,以海陸豐公司的財力還是用得起的。
江淼思考再三,還是決定放棄使用黃金和鉑金作為陰極,改為效率會更加低一些的高純度一氧化錳板材,這讓電子遷移效率下降為86。
完成了這些實驗,江淼已經在漠南呆了近一個月時間。
他將所有實驗記錄和臨時製造的發電裝置銷毀掉,隻留下10份歐文發電菌的菌種。
其中4份被他儲存在塔敏查乾基地的董事長專用保險箱裡。
剩下6份被他吩咐公司的物流司機,分三路運輸回汕美本地,而且為了以防萬一,他在菌種儲存器皿中,設置了一個簡易的裝置,沒有他的鑒定麵板輔助,其他人強行打開,就會將裡麵的儲存的鹽酸和硝酸混合成為王水,進而將內部儲存的歐文發電菌菌種銷毀。
那4份儲存在塔敏查乾基地的菌種儲存器皿,也是同樣的設置。
當然,就算是可以碰巧安全打開儲存容器,裡麵的菌種也需要特殊的條件進行醒發,不然隻能得到一小瓶子無用的菌種粉末。
這一套微生物燃料電池係統的全部技術,已經被記在了江淼的腦海之中。
不過他知道,這種關於微生物的技術,大概率隻能交給書雅出麵了,包括之前的生物采礦技術也一樣。
這個技術其實還有進一步發展的空間。
比如改進陽極負極的材料,從而提升電子遷移效率。
或者繼續改進細菌的發電功率,按照目前江淼的進度,歐文發電菌在分解有機物過程中,產生的能量大概為每立方米300度左右,然而隻有115度電的能量變成了電能,效率大概是38左右。
本章完