在現代城市中,廢水始終是一種讓人頭疼的產物,直接排放的話對環境污染極大,凈化處理的成本又太高。如今,美國的一些研究者找到了將其回收利用的新方法:發電。
美國俄勒岡州立大學的研究團隊近日在英國《能源與環境科學》(Energy & Environmental Science)期刊發表了一篇文章,闡述了他們的發現:利用微生物燃料電池(Microbial fuel cells, MFC)從廢水里面提取出電能。
“廢水中其實含有巨大的電能,但它們通常都被捆綁在有機分子上,非常難提取和利用。我們發明了一種新型的微生物燃料電池,里面的微生物在產出凈水的時候,是要吃進有機物的,但我們給系統接上了陰極和陽極,利用兩級之間的吸力先將附在有機分子上的電子吸出來,讓它們形成一股電流,從而產生了電能。”
利用微生物和污染物發電的應用也有其他形式,比如沼氣和甲烷發電,它們的原理是利用微生物先生成氫氣或甲烷,再轉化為電能。而這項新研究的突破點在于,微生物在凈水過程中,直接產生的便是電能,不需要進行轉化。而且,這種系統的原料隨處可見,廁所排放物、稻草、釀酒廢渣等都可以。
“如果這種技術能進行商業上的開發的話,我相信會有很光明的前景,因為凈化廢水的過程本身產生的電量遠遠超過了自身所需,還可以往外輸出。”研究報告的作者之一,俄勒岡州立大學生物環境工程學院的劉紅教授介紹,“這將帶來全球性的影響,尤其是省錢和可持續能源的發展上。”
其實,利用微生物發電的想法多年前就有人提過了,但由于效率太低,一直讓人提不起興趣來。那么,這種新技術的發電效率如何呢?據劉紅教授的說法,每立方米廢水能產的電量是2000瓦,這個數字跟以往的微生物燃料電池發電技術相比,提高了10-50倍之多。
“我們這幾年進行了一系列的改進,比如縮小陰陽極之間的距離,應用新的分隔區材料,微生物菌種進化等。如果能大批量建設的話,平攤掉昂貴的初始費用,這種污水處理系統的價格跟目前全球廣泛采用的活性污泥系統(activated sludge system)是不相上下的,再加上出售電力獲得的利潤,會讓它更有優勢。”
目前在歐美等發達國家,每年有近3%的耗電都是用來凈化廢水的,而這些電力又是靠燃料提供的,由此產生的花費和溫室效應不容小覷。俄勒岡州立大學的研究者在實驗室取得了不錯的成績后,決定趁熱打鐵,進行實地試點研究。研究者認為目前最理想的選址是食品加工廠,因為那里可以穩定地產生大量含有電能的廢水。
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