加拿大麦吉尔大学的研究团队近日取得一项突破性成果：他们利用微生物燃料电池技术，成功将人类尿液转化为电能，并发现尿液浓度与发电效率呈正相关。这项研究不仅为污水处理提供了新思路，还为偏远地区能源供应开辟了可能性。
实验装置的核心是一组双室微生物燃料电池，每个容量500毫升。研究人员分别向四个电池中注入浓度为20%、50%、75%的尿液溶液，并持续监测14天的发电表现。数据显示，75%浓度组的电压峰值达到432.9毫伏，是20%浓度组（73.2毫伏）的近6倍。这种差异源于高浓度尿液为微生物提供了更丰富的有机物，促进了电子传递效率。
通过电化学分析，研究团队揭示了发电效率提升的机制。循环伏安法检测显示，细菌在电极表面形成生物膜后，曲线面积显著增大，表明电子传导通道增多。电化学阻抗谱数据则证实，生物膜使电池内阻大幅下降——50%浓度组的电阻从367.4欧姆降至181.7欧姆，电子流动阻力减少约50%。这种双重效应共同推动了电流增强。
尿液的化学组成是这项技术的物质基础。虽然尿液中95%是水，但剩余5%包含尿素、尿酸、肌酐等有机物，以及钠、钾、镁等无机盐。这些成分不仅为微生物提供营养，尿素分解产生的氨还能调节环境pH值，创造适宜的生存条件。基因测序进一步发现，Sediminibacterium和Comamonas两个细菌家族在发电过程中起主导作用，其中Comamonas在高浓度环境中表现出更强的污染物降解能力。
整个转化过程形成闭环系统：尿液进入电池后，微生物分解有机物并释放电子，电子通过导线传输至另一极与氧气结合形成电流，同时完成污水净化。实验表明，该系统对化学需氧量的去除率最高可达50%，有效降低了水体污染负荷。
这项技术的潜在应用场景广泛。在缺乏集中污水处理设施的偏远农村，它可同时实现废水处理和基础供电；灾害救援临时营地中，该装置能提供照明或手机充电等应急能源；更独特的是，通过监测电池电压变化，可快速评估污水浓度，为水质检测提供低成本解决方案。研究团队特别指出，50%-70%的尿液浓度区间具有最佳性价比——纯尿液收集成本过高，稀释溶液效果不足，而这一浓度范围既符合实际场景，又能保持较高发电效率。
尽管当前输出电压仅数百毫伏，尚不足以驱动大型电器，但研究团队强调其零成本投入的优势。相比传统污水处理方式，该技术将废物直接转化为能源，实现了环境效益与经济效益的双重提升。相关论文已发表于《化学研究成果》期刊，为微生物燃料电池的商业化应用提供了重要参考。
