密西根科技大學（Michigan Technological University）的研究人員正開發一種微生物燃料電池系統，此系統可利用海水中已存在的有機物產生電力，幫助水下感測器維持更長時間的浸沒狀態。此項目屬於美國國防高等研究計劃署（Defense Advanced Research Projects Agency）的 BioLogical Undersea Energy（BLUE）計劃，旨在為長時間耐力的海洋感測器建立自給燃料的水下電源系統。
目前的水下監測系統主要依賴電池，需進行昂貴的回收及更換作業。由密西根科技大學領導的團隊正測試微生物燃料電池（MFCs），這些電池利用細菌將溶解的有機物質及微觀海洋生物質轉化為電流。研究人員表示，此技術最終可支援海軍防禦感測器、生態監測系統及水下聲學網絡。「海洋環境中部署各類感測器以觀測生態狀況、生物遷移及與海軍防禦相關的聲學，正日益增加，」密西根科技大學生物科學傑出教授 Amy Marcarelli 表示。
微生物產生海洋電力
研究人員已在 Chesapeake Bay 完成為期 30 日的水下部署，原型系統在完全浸沒狀態下持續產生電力。微生物燃料電池運作原理是利用細菌在代謝過程中自然轉移電子。在密西根科技大學團隊設計的系統中，這些電子在陽極與陰極之間移動，產生可用的電流。其中一個主要工程挑戰是，海洋水中的有機物質遠少於常見應用環境如廢水處理廠。此外，海洋環境的高氧含量會干擾微生物的能量產生過程。
為提升效能，研究人員在管狀燃料電池內使用粒狀活性碳，此物料可濃縮有機物，並提供表面讓微生物形成生物膜，即使在富氧條件下仍持續產生電力。「基本概念是微生物在其代謝過程中移動電子，」Marcarelli 表示。「在微生物燃料電池中，此過程將電子從陽極轉移至陰極，產生我們可利用的電流。」
研究人員亦重新設計系統以提升能量效率並簡化部署。新版採用模組化、可堆疊單位，每個單位配備獨立泵浦及控制板。
最新原型已在 Galveston Bay 測試，據報其中四個單位有三個在水下試驗中成功產生電力。
此系統設計為完全水下運作，不依賴表面波浪能量或人工維護。研究人員表示，這可讓海洋感測器在偏遠環境中維持更長時間的活躍狀態。團隊亦利用遙感及環境數據建立預測模型，估計全球沿海地區微生物燃料電池可產生足夠電力的地點。「我們實際上是在結合遙感資產、實地數據、實驗室數據及實際 MFC 部署實驗，」密西根科技大學研究所首席研究科學家 Michael Sayers 表示。
研究人員現正準備在 Chesapeake Bay 部署 10 個微生物燃料電池，以研究長期效能並估計系統是否最終能支援為期一年的水下運作。