加拿大麥吉爾大學的研究團隊近日取得一項突破性成果：他們利用微生物燃料電池技術，成功將人類尿液轉化為電能，并發現尿液濃度與發電效率呈正相關。這項研究不僅為污水處理提供了新思路，還為偏遠地區能源供應開辟了可能性。

實驗裝置的核心是一組雙室微生物燃料電池，每個容量500毫升。研究人員分別向四個電池中注入濃度為20%、50%、75%的尿液溶液，并持續監測14天的發電表現。數據顯示，75%濃度組的電壓峰值達到432.9毫伏，是20%濃度組（73.2毫伏）的近6倍。這種差異源于高濃度尿液為微生物提供了更豐富的有機物，促進了電子傳遞效率。

通過電化學分析，研究團隊揭示了發電效率提升的機制。循環伏安法檢測顯示，細菌在電極表面形成生物膜后，曲線面積顯著增大，表明電子傳導通道增多。電化學阻抗譜數據則證實，生物膜使電池內阻大幅下降——50%濃度組的電阻從367.4歐姆降至181.7歐姆，電子流動阻力減少約50%。這種雙重效應共同推動了電流增強。

尿液的化學組成是這項技術的物質基礎。雖然尿液中95%是水，但剩余5%包含尿素、尿酸、肌酐等有機物，以及鈉、鉀、鎂等無機鹽。這些成分不僅為微生物提供營養，尿素分解產生的氨還能調節環境pH值，創造適宜的生存條件。基因測序進一步發現，Sediminibacterium和Comamonas兩個細菌家族在發電過程中起主導作用，其中Comamonas在高濃度環境中表現出更強的污染物降解能力。

整個轉化過程形成閉環系統：尿液進入電池后，微生物分解有機物并釋放電子，電子通過導線傳輸至另一極與氧氣結合形成電流，同時完成污水凈化。實驗表明，該系統對化學需氧量的去除率最高可達50%，有效降低了水體污染負荷。

這項技術的潛在應用場景廣泛。在缺乏集中污水處理設施的偏遠農村，它可同時實現廢水處理和基礎供電；災害救援臨時營地中，該裝置能提供照明或手機充電等應急能源；更獨特的是，通過監測電池電壓變化，可快速評估污水濃度，為水質檢測提供低成本解決方案。研究團隊特別指出，50%-70%的尿液濃度區間具有最佳性價比——純尿液收集成本過高，稀釋溶液效果不足，而這一濃度范圍既符合實際場景，又能保持較高發電效率。

盡管當前輸出電壓僅數百毫伏，尚不足以驅動大型電器，但研究團隊強調其零成本投入的優勢。相比傳統污水處理方式，該技術將廢物直接轉化為能源，實現了環境效益與經濟效益的雙重提升。相關論文已發表于《化學研究成果》期刊，為微生物燃料電池的商業化應用提供了重要參考。