國立臺灣大學 環境工程學研究所 于昌平 教授 / 張朝欽 博士
近數十年全球人口快速增長，許多人類活動同時排放出大量的溫室氣體。臺灣因天然資源匱乏，能源供給高度依賴進口且以化石能源為主；同時，臺灣因地勢陡峭，降雨不均等地理環境限制導致水資源分配不均，因此，需考慮如何調控既有能源與水資源，甚至進一步將現行污水處理系統開發為具有創能、省能並提供乾淨水質的能資源回收系統，落實循環經濟的理念。
現行污水處理程序將家戶排放污水透過管線收集到各縣市污水廠處理廠，透過如物理沉澱與生物處理系統(活性污泥法)去除其中無機與有機物，達到淨水的效果。然而污水中含有大量豐富之有機與有價物質無法循環再回收成有效可利用之能資源，反而於曝氣過程耗費電能並產生大量廢棄污泥，需投注額外能源與成本進行處理，可能造成相關資源的浪費，如何從污水中回收能資源為重要的減碳與循環經濟的課題。污水處理的活性污泥法中，微生物扮演重要角色，典型的微生物能量代謝途徑包含發酵作用與呼吸作用；於呼吸作用過程中，微生物透過電子傳遞鏈、電子提供者經過一連串呼吸鏈將電子傳遞給最終的電子接受者。傳統的生物處理單元(如好氧曝氣池)透過微生物呼吸作用的代謝過程(有氧呼吸)協助去除水中有機物、淨化水質。
然而，隨著科學家對於微生物進一步的認識，近二十年有大量研究證實自然界有特定菌種為特殊的具有電化學活性的微生物(產電菌)。這些微生物與我們認知的微生物代謝最大的差異點在於產電菌株能夠利用胞外電子接受者，將電子傳輸至膜外。機制為透過(1)膜表面細胞色素，將電子直接傳遞；(2)長出導電的奈米導線，將電子透過奈米導線傳遞；(3)分泌電子中介體將電子先乘載到電子中介體，再透過電子中介體傳遞，給固態的電子接受者(像是人工電極)進行呼吸作用。因此，處理污水的過程中這些微生物能夠產出電能，且污泥產生量大幅減少，像這樣的生物處理系統被視為一種循環經濟型之污水處理系統，稱為微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell)，如下圖一。
因應2050年淨零碳排目標，結合污水處理與產電的微生物燃料電池技術於污水採礦領域具有其應用潛力，該系統能於處理污水同時產生電能亦能從中回收有價物質(如將磷回收為鳥糞石)以達到永續之目標。微生物燃料電池產生之電能為直流電，能降低轉換損失、直接供給儲能裝置或直接應用於環境感測器等，對於未來實現循環經濟達到污水採礦之目標具有相當之優勢。