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微生物燃料电池有望利用生活污水发电

时间:2015-04-03 08:57来源:腾讯科学 作者:综合
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美国宾夕法尼亚州立大学环境工程系教授Bruce Logan的研究组正在尝试开发微生物燃料电池，可以把未经处理的污水转变成干净的水，同时发电。无论对发展中国家还是发达国家，这项“一举两得”的技术都相当诱人。更诱人的是，据美国国家自然科学基金会（NSF）网站消息，该项技术未来还可能实现海水淡化，成为“一举三得”的技术。

 

污水处理费时、费钱还消耗大量能量，基本是个只投入不产出的行业，也是让各国政府头疼的一大难题。有数据称，5%的电力消费被用于污水处理。根据美国国家发展委员会统计，美国每年需要处理330亿加仑的生活污水，处理费用大约为250亿美元，其中大部分为能源成本。

因此，又能净化水质、又能发电的微生物燃料电池一旦出现，将有望把污水处理变成一个有利可图的产业。Logan认为，未来污水处理厂通过使用微生物燃料电池不仅可以满足自身用电，还能向外输电。

传统的燃料电池利用氢气发电，但Logan和他的研究小组首次尝试使用富含有机物的污水来发电。理论上说，直接将污水倒入燃料电池就可以发电同时净化污水。该电池系统的工作原理是：污水中的细菌以有机物为食，随之释放电子，电子在燃料电池的碳棒上集聚，在水中形成电流回路。一旦放电能力提高到一定程度，就可加以利用。

早在2005年，Logan的小组就宣布研制出微生物燃料电池。他们在实验室里产生了72瓦的电流，用以驱动一个小风扇。

最近几年，实验室在NSF的资助下又获得一系列进展。例如，除了产生电流，给系统另外加上一点电压，还能产生氢气。氢气是一种环境友好的清洁能源，有多种工业用途。

另外，Logan还在试验往燃料电池中通入海水，这样不仅能够产生更多的电能，如果试验成功，该系统就可以同时产生能量、处理污水并淡化海水，可谓一箭三雕。

实际上，微生物燃料电池并不是一个新概念。早在1910年，英国植物学家马克·比特首次发现了细菌的培养液能够产生电流，他用铂作为电极成功制造出了世界第一个微生物燃料电池；1984年，美国制造了一种能在外太空使用的微生物燃料电池，它的燃料为宇航员的尿液和活细菌，不过放电率极低。

除了Logan，世界上还有其他的研究组在开发微生物燃料电池，不过都没有走出实验室。

虽然目前还未有商业产品问世，但多伦多大学的科学家戴维·伯格雷曾估计污水中潜在的电能价值是其处理成本的10倍。Logan则认为，只要能利用潜在电能的1/20，污水处理厂就可以解决污水处理成本。不过他估计，微生物燃料电池实现工业应用还需5~10年。

在现阶段，Logan指出，突破工业应用的关键问题仍然是如何继续降低成本、提高电池性价比。

据悉，在早期的研究中，Logan小组使用了大量昂贵的材料，如昂贵的石墨电极、聚合物以及铂等贵金属。但其最新的电池系统已经使用了更便宜并且环境友好的材料。“我们现在已经可以不用任何贵金属。”Logan说。

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