据估计，到2050年，世界人口将达到95亿。鉴于我们目前的能源大部分来自化石燃料，这在提供足够的可持续电力的同时缓解气候变化方面带来了重大挑战。
近几年来，有一个想法得到了广泛的关注，那就是利用微生物燃料电池（MFCs）中的细菌发电。这些燃料电池依赖于某些自然存在的微生物的能力，这些微生物能够“呼吸”金属，交换电子来产生电能。这一过程可以使用称为基质的物质作为燃料，其中包括废水中发现的有机物。
目前，微生物燃料电池能够发电，为计算器、小风扇和发光二极管等小型设备提供动力。在我们的实验室里，我们用“模拟废水”为一棵微型圣诞树上的灯供电。但如果这项技术扩大规模，它将大有可为。
它们的工作原理
MFCs使用一个由阳极和阴极电极组成的系统，可以通过电流输入或输出。常见的MFCs系统由一个阳极室和一个被膜隔开的阴极室组成。细菌在阳极上生长，并将底物转化为二氧化碳、质子和电子。
产生的电子随后通过外部电路转移到阴极室，而质子则通过薄膜。在阴极室中，质子和电子之间的反应会消耗掉氧气并形成水。只要基底不断转换，电子就会流动，这就是电。
通过MFCs发电有许多优点：系统可以在任何地方建立；它们产生的“污泥”比传统的废水处理方法（如活性污泥系统）少；它们可以是小规模的，但模块化设计可以用来建立更大的系统；它们对盐度有很高的耐受性；它们可以运行在室温下。
可用于在MFCs中发电的各种可再生基板的可用性有可能在未来彻底改变电力生产。这些基质包括尿液、废水中的有机物、活植物分泌到土壤中的物质（根系分泌物）、无机废物，如硫化物，甚至气体污染物。
一、粪便微生物
粪便和尿液等废物中的可生物降解物质可以转化为电能。这在加纳的一个微生物燃料电池厕所中得到了证实，这表明厕所将来可能成为潜在的发电站。这座运行了两年的厕所能够产生268纳瓦/平方米的电能，足以为厕所内的LED灯供电，同时去除尿液中的氮，并将粪便堆肥。
对于没有电网供电的地方或难民营，利用厕所中的废物发电可能是真正的革命。
二、植物MFCs
MFCs可以用来发电的另一种可再生和可持续的基质是植物根系分泌物，即所谓的植物MFCs。当植物生长时，它们会产生葡萄糖等碳水化合物，其中一些会渗出到根系中。根部附近的微生物将碳水化合物转化为质子、电子和二氧化碳。
在植物MFCs中，质子通过膜传递，然后与氧气重新结合，完成电子转移的回路。通过将负载连接到电路中，所产生的电能就可以利用了。
工厂MFC可以彻底改变那些无法接入电网的孤立社区的电力生产。在城镇里，街道可以用树照明。
三、微生物脱盐池
微生物燃料电池的另一个变种是微生物脱盐电池。这些装置利用细菌发电，例如从废水中发电，同时使水脱盐。将要脱盐的水放入夹在MFCs的阳极室和阴极室之间的室中，使用带负（阴离子）和正（阳离子）电荷的离子的膜。
当阳极室中的细菌消耗废水时，会释放出质子。这些质子不能通过阴离子膜，所以负离子从盐水进入阳极室。在阴极，质子被消耗掉，所以带正电的离子从盐水移到阴极室，使中间室的水淡化。阳极和阴极室释放的离子有助于提高发电效率。
传统的海水淡化目前是非常能源密集的，因此成本高昂。一种在生产（不消耗）电能的同时实现大规模海水淡化的工艺将是革命性的。
四、提高天然气产量
厌氧消化-微生物在不需要氧气的情况下分解可生物降解或废物，通过产生沼气（主要是天然气的主要成分）从废水中回收能量。但这个过程通常效率低下。
研究表明，这些消化器中使用的微生物群共享被称为种间电子转移的电子，这为它们利用正能量影响新陈代谢开辟了可能性。
通过向厌氧消化池提供一个小电压——一种称为电甲烷生成的过程——甲烷产量（以及由此可从热电厂回收的电力）可以显著提高。
虽然微生物燃料电池能够发电为小型设备提供动力，但研究人员正在研究如何扩大反应器的规模，以增加其发电量，并进一步了解细胞外电子传递是如何工作的。一些初创公司，如Robial和Plant-e开始将微生物燃料电池商业化。未来，微生物燃料电池甚至可以在人类长期太空任务中用于再生生命支持系统发电。虽然还处于早期阶段，但这项技术仍有很大的发展前景。
