美國學者正嚐試開發既能發電又能淨化汙水的生物電池
2014-04-20 18:12:42
admin
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據和訊網2011年8月29日訊 美國賓夕法尼亞州立大學環境工程係教授Bruce Logan的研究組正在嚐試開發微生物燃料電池，可以把未經處理的汙水轉變成幹淨的水，同時發電。無論對發展中國家還是發達國家，這項“一舉兩得”的技術都相當誘人。更誘人的是，據美國國家自然科學基金會（NSF）網站消息，該項技術未來還可能實現海水淡化，成為“一舉三得”的技術。
汙水處理費時、費錢還消耗大量能量，基本是個隻投入不產出的行業，也是讓各國政府頭疼的一大難題。有數據稱，5%的電力消費被用於汙水處理。根據美國國家發展委員會統計，美國每年需要處理330億加侖的生活汙水，處理費用大約為250億美元，其中大部分為能源成本。
因此，又能淨化水質、又能發電的微生物燃料電池一旦出現，將有望把汙水處理變成一個有利可圖的產業。Logan認為，未來汙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。
傳統的燃料電池利用氫氣發電，但Logan和他的研究小組首次嚐試使用富含有機物的汙水來發電。理論上說，直接將汙水倒入燃料電池就可以發電同時淨化汙水。該電池係統的工作原理是：汙水中的細菌以有機物為食，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的小組就宣布研製出微生物燃料電池。他們在實驗室裏產生了72瓦的電流，用以驅動一個小風扇。
*近幾年，實驗室在NSF的資助下又獲得一係列進展。例如，除了產生電流，給係統另外加上一點電壓，還能產生氫氣。氫氣是一種環境友好的清潔能源，有多種工業用途。
另外，Logan還在試驗往燃料電池中通入海水，這樣不僅能夠產生更多的電能，如果試驗成功，該係統就可以同時產生能量、處理汙水並淡化海水，可謂一箭三雕。
實際上，微生物燃料電池並不是一個新概念。早在1910年，英國植物學家馬克·比特首次發現了細菌的培養液能夠產生電流，他用鉑作為電極成功製造出了世界第一個微生物燃料電池；1984年，美國製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微生物燃料電池，不過都沒有走出實驗室。
雖然目前還未有商業產品問世，但多倫多大學的科學家戴維·伯格雷曾估計汙水中潛在的電能價值是其處理成本的10倍。Logan則認為，隻要能利用潛在電能的1/20，汙水處理廠就可以解決汙水處理成本。不過他估計，微生物燃料電池實現工業應用還需5～10年。
在現階段，Logan指出，突破工業應用的關鍵問題仍然是如何繼續降低成本、提高電池性價比。
據悉，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*新的電池係統已經使用了更便宜並且環境友好的材料。“我們現在已經可以不用任何貴金屬。”Logan說。