3D打印真菌燃料電池提供可生物降解的電源解決方案

預計到2030年，隨著含有難以回收或不易降解部件的廢棄電子產品數量激增，全球電子垃圾將達到7470萬噸。因此，開發使用環保、無毒且可再生材料的綠色電子產品變得極為迫切。

2025年1月10日，南極熊獲悉，Empa的研究人員成功開發了一種3D打印真菌電池，這種真菌燃料電池可以為偏遠地區的農業或研究傳感器供電。這項技術的核心優勢在于它的環保特性。與傳統電池不同，這種電池不僅無毒，而且在完成任務后可以完全生物降解，大幅減少了對環境的長期影響。

該研究由Empa纖維素和木材材料實驗室的科學家主導，歷時三年，成功制造出一種可自降解的真菌電池。盡管活細胞產生的電能有限，但足以驅動溫度傳感器等小型設備運行數天。這一應用尤其適用于農業和環境研究，可以為監測作物生長和環境變化提供穩定的能量來源。

打印機里的真菌

嚴格來說，這種電池并非傳統意義上的電池，而是所謂的微生物燃料電池。與所有生物一樣，微生物將營養物質轉化為能量。微生物燃料電池正是利用了這種新陳代謝過程，捕獲其中的一部分能量作為電能。迄今為止，這類電池主要由細菌提供動力。

Empa研究員Carolina Reyes指出：“我們首次將兩種真菌結合，成功制造出功能齊全的燃料電池。”兩種真菌的新陳代謝過程相互補充：陽極側是一種酵母菌，代謝過程會釋放電子；而陰極上則生長著一種白腐真菌，它能產生一種特殊酶，有助于捕獲并傳導電子出電池。

這些真菌并非被“植入”電池，而是從一開始就是電池不可分割的一部分。真菌電池的組件是通過3D打印技術制造的。這使得研究人員能夠構建電極，以便微生物能輕松地獲取營養物質。為此，真菌細胞被混入了打印油墨中。

纖維素和木材材料實驗室負責人Gustav Nystr?m說道：“找到一種能讓真菌良好生長的材料已經夠難的了。但墨水還必須易于擠出，且不會殺死細胞，當然，我們還希望它具有導電性和可生物降解性。”

得益于研究人員在生物3D打印技術方面的經驗，成功生產出一種以纖維素為基礎的合適墨水。真菌細胞甚至可以使用纖維素作為營養物，這有助于在使用后分解電池。然而，它們首選的營養來源是簡單的糖，這些糖被添加到電池中。Reyes解釋道：“你可以將真菌電池以干燥狀態儲存，并通過簡單地添加水和營養物在現場激活它們。”

盡管真菌在材料科學領域尚未得到充分探索，但它們在生物材料方面的潛力正在被逐漸發掘。Empa的研究人員面臨的挑戰之一是利用活體材料，這涉及到跨學科的合作，包括微生物學、材料科學和電氣工程。為了全面表征真菌電池，Reyes不僅需要學習電化學技術，還要將它應用于3D打印油墨。

目前，團隊正致力于提高真菌電池的性能和耐用性，并探索其它具有發電潛力的真菌種類。

來源：南極熊