美國學(xué)者正嘗試開發(fā)既能發(fā)電又能凈化污水的生物電池
2014-04-20 18:12:42
admin
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據(jù)和訊網(wǎng)2011年8月29日訊 美國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。無論對發(fā)展中國家還是發(fā)達(dá)國家，這項(xiàng)“一舉兩得”的技術(shù)都相當(dāng)誘人。更誘人的是，據(jù)美國國家自然科學(xué)基金會（NSF）網(wǎng)站消息，該項(xiàng)技術(shù)未來還可能實(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)美國國家發(fā)展委員會統(tǒng)計(jì)，美國每年需要處理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，未來污水處理廠通過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)物的污水來發(fā)電。理論上說，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。他們在實(shí)驗(yàn)室里產(chǎn)生了72瓦的電流，用以驅(qū)動一個(gè)小風(fēng)扇。
*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，不過放電率極低。
除了Logan，世界上還有其他的研究組在開發(fā)微生物燃料電池，不過都沒有走出實(shí)驗(yàn)室。
雖然目前還未有商業(yè)產(chǎn)品問世，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*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。