微生物燃料電池有望利用生活污水發(fā)電

時(shí)間:2015-04-03 08:57來(lái)源:騰訊科學(xué) 作者:綜合
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美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)環(huán)境工程系教授Bruce Logan的研究組正在嘗試開(kāi)發(fā)微生物燃料電池,可以把未經(jīng)處理的污水轉(zhuǎn)變成干凈的水,同時(shí)發(fā)電。無(wú)論對(duì)發(fā)展中國(guó)家還是發(fā)達(dá)國(guó)家,這項(xiàng)“一舉兩得”的技術(shù)都相當(dāng)誘人。更誘人的是,據(jù)美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)(NSF)網(wǎng)站消息,該項(xiàng)技術(shù)未來(lái)還可能實(shí)現(xiàn)海水淡化,成為“一舉三得”的技術(shù)。

 

污水處理費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢還消耗大量能量,基本是個(gè)只投入不產(chǎn)出的行業(yè),也是讓各國(guó)政府頭疼的一大難題。有數(shù)據(jù)稱,5%的電力消費(fèi)被用于污水處理。根據(jù)美國(guó)國(guó)家發(fā)展委員會(huì)統(tǒng)計(jì),美國(guó)每年需要處理330億加侖的生活污水,處理費(fèi)用大約為250億美元,其中大部分為能源成本。

因此,又能凈化水質(zhì)、又能發(fā)電的微生物燃料電池一旦出現(xiàn),將有望把污水處理變成一個(gè)有利可圖的產(chǎn)業(yè)。Logan認(rèn)為,未來(lái)污水處理廠通過(guò)使用微生物燃料電池不僅可以滿足自身用電,還能向外輸電。

傳統(tǒng)的燃料電池利用氫氣發(fā)電,但Logan和他的研究小組首次嘗試使用富含有機(jī)物的污水來(lái)發(fā)電。理論上說(shuō),直接將污水倒入燃料電池就可以發(fā)電同時(shí)凈化污水。該電池系統(tǒng)的工作原理是:污水中的細(xì)菌以有機(jī)物為食,隨之釋放電子,電子在燃料電池的碳棒上集聚,在水中形成電流回路。一旦放電能力提高到一定程度,就可加以利用。

早在2005年,Logan的小組就宣布研制出微生物燃料電池。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里產(chǎn)生了72瓦的電流,用以驅(qū)動(dòng)一個(gè)小風(fēng)扇。

最近幾年,實(shí)驗(yàn)室在NSF的資助下又獲得一系列進(jìn)展。例如,除了產(chǎn)生電流,給系統(tǒng)另外加上一點(diǎn)電壓,還能產(chǎn)生氫氣。氫氣是一種環(huán)境友好的清潔能源,有多種工業(yè)用途。

另外,Logan還在試驗(yàn)往燃料電池中通入海水,這樣不僅能夠產(chǎn)生更多的電能,如果試驗(yàn)成功,該系統(tǒng)就可以同時(shí)產(chǎn)生能量、處理污水并淡化海水,可謂一箭三雕。

實(shí)際上,微生物燃料電池并不是一個(gè)新概念。早在1910年,英國(guó)植物學(xué)家馬克·比特首次發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的培養(yǎng)液能夠產(chǎn)生電流,他用鉑作為電極成功制造出了世界第一個(gè)微生物燃料電池;1984年,美國(guó)制造了一種能在外太空使用的微生物燃料電池,它的燃料為宇航員的尿液和活細(xì)菌,不過(guò)放電率極低。

除了Logan,世界上還有其他的研究組在開(kāi)發(fā)微生物燃料電池,不過(guò)都沒(méi)有走出實(shí)驗(yàn)室。

雖然目前還未有商業(yè)產(chǎn)品問(wèn)世,但多倫多大學(xué)的科學(xué)家戴維·伯格雷曾估計(jì)污水中潛在的電能價(jià)值是其處理成本的10倍。Logan則認(rèn)為,只要能利用潛在電能的1/20,污水處理廠就可以解決污水處理成本。不過(guò)他估計(jì),微生物燃料電池實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用還需5~10年。

在現(xiàn)階段,Logan指出,突破工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題仍然是如何繼續(xù)降低成本、提高電池性價(jià)比。

據(jù)悉,在早期的研究中,Logan小組使用了大量昂貴的材料,如昂貴的石墨電極、聚合物以及鉑等貴金屬。但其最新的電池系統(tǒng)已經(jīng)使用了更便宜并且環(huán)境友好的材料。“我們現(xiàn)在已經(jīng)可以不用任何貴金屬。”Logan說(shuō)。

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