玉米秸秆可作为生产生物燃料的原料
生物质是最古老和最有前途的能源之一，包括有机和动物垃圾、废水，能源作物，农业和工业残余物，它们都能用来生产生物燃料。在生物燃料的研究刚刚兴起时，多数国家利用玉米作为主要的原料来源，导致了生物燃料与人争粮的问题。如今，科学家们更加倾向于以有机废弃物作为生物燃料的来源，例如农业中的秸秆等，这不仅解决了原料来源问题，也很好地避免了传统的焚烧农业废弃物产生的污染问题。
以农业废弃物为原理生产生物燃料主要利用酶法发酵或微生物发酵，而如何提高发酵发产生物能源的产能正是科学家们正在努力研究的问题。密歇根州立大学(MSU)的科学家发明了一种新的生物燃料生产工艺，似乎比较完美地解决了这个问题，这种比目前已有方法的产能提高了20倍。
他们的这种方法主要是利用微生物来消耗农业废弃物并产生氢气和生物燃料。
MSU的微生物学家Gemma Reguera开发的这套生物电化学系统被称为微生物电解电池(MEC)，这套系统利用细菌将农业废弃物进行降解并发酵，生成乙醇。Reguera的平台很特别，因为该平台需要利用第二种微生物，当加入这种微生物到混合物中时，可以将所有发酵产生的副产物或非乙醇物质去除掉并产生电能。
此前也有研究者研究过类似的微生物燃料电池，不过从玉米秸秆（一种常见的生物燃料原料）中得到的最大能量回收率在3.5%左右。而Reguera的平台尽管需要在对玉米秸秆进行化学预处理中耗费能量，但是在发酵过程中平均能源回收率提高到了35-40%。
Reguera解释说：“这是因为发酵细菌是经过特别挑选的，可以有效地将农业废弃物降解并发酵成为乙醇，并且发酵产生的副产物可以被产电细菌代谢掉。通过去除发酵中的废产物还可以促进发酵细菌的生长和代谢。基本上，每一个步骤都是经过我们专门优化设计的。”
这个系统所要用到的第二种细菌就是硫还原地杆菌（Geobacter sulfurreducens），这种细菌能够产生电能。由于其所产生的电能不容易被收集起来作为输出电，Reguera将其利用到MEC中，利用其代谢产氢以提高整个处理过程的能量回收率。
Reguera说：“当MEC产氢的时候，它实际上使回收率提高了一倍。我们将回收率提高到了73%。因此利用这个平台处理农业废弃物的潜力是显而易见的。”
Reguera研制的这种燃料电池利用氨气爆破法(AFEX)对玉米秸秆进行处理，AFEX是MSU化学工程与材料科学教授Bruce Dale开发的一种先进的预处理技术。
目前Reguera的团队正在对她的MEC进行持续优化，以期能将该系统进行商业化。她的目标是开发在规格上可以定制分散式系统，以帮助处理农业废弃物。
Consolidated Bioprocessing of AFEX-Pretreated Corn Stover to Ethanol and Hydrogen in a Microbial Electrolysis Cell
Allison M. Speers and Gemma Reguera
The consolidated bioprocessing (CBP) of corn stover pretreated via ammonia fiber expansion (AFEX-CS) into ethanol was investigated in a microbial electrolysis cell (MEC) driven by the exoelectrogen Geobacter sulfurreducens and the CBP bacterium Cellulomonas uda. C. uda was identified in a screening for its ethanologenic potential from AFEX-CS and for producing electron donors for G. sulfurreducens fermentatively. C. uda produced ethanol from AFEX-CS in MECs inoculated simultaneously or sequentially, with the concomitant conversion of the fermentation byproducts into electricity by G. sulfurreducens. The fermentation and electrical conversion efficiencies were high, but much of the AFEX-CS remained unhydrolyzed as nitrogen availability limited the growth of the CBP partner. Nitrogen supplementation stimulated the growth of C. uda, AFEX-CS hydrolysis and ethanologenesis. As a result, the synergistic activities of the CBP and exoelectrogen catalysts resulted in substantial energy recoveries from ethanologenesis alone (ca. 56%). The cogeneration of cathodic H2 in the MEC further increased the energy recoveries to ca. 73%. This and the potential to optimize the activities of the microbial catalysts via culturing approaches and genetic engineering or adaptive evolution, make this platform attractive for the processing of agricultural wastes.
