燃料電池中的廢水發(fā)電
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廢水不再是沒用的廢物，現(xiàn)在已逐漸已成為高科技產(chǎn)品燃料電池的“最愛”。
前兩年，在微生物燃料電池技術(shù)中首先利用了廢水發(fā)電。位于美國圣路易斯的華盛頓大學(xué)在2005年就已研究出這一利用廢水發(fā)電的新技術(shù)，之后，他們又把新技術(shù)的發(fā)電量比去年提高了10倍。如果利用這一技術(shù)能使發(fā)電量再提高10倍的話，食品和農(nóng)業(yè)加工廠就有望能安裝這種設(shè)備用于發(fā)電，并能為附近居民提供清潔和可再生電能。
華盛頓大學(xué)環(huán)境工程學(xué)項(xiàng)目成員、化學(xué)工程助教拉思?安晉南特博士介紹了這種不間斷上流微生物燃料電池（UMFC）的設(shè)計(jì)以及工作原理。同過去那些讓微生物在含有營養(yǎng)液的封閉系統(tǒng)中工作的實(shí)驗(yàn)不同的是，安晉南特為微生物提供的是源源不斷的廢水。由于食品和農(nóng)業(yè)加工中會(huì)不停排放廢水，因此，安晉南特的技術(shù)更容易在這些工廠得到應(yīng)用。
利用廢水發(fā)電的微生物燃料電池技術(shù)，是在陽極室內(nèi)安裝價(jià)格低廉的U型質(zhì)子交換膜，將陽極和陰極分開。廢水中含有的有機(jī)物，可為細(xì)菌群提供豐富食物，讓它們得以生存和繁衍，這些細(xì)菌在電池陽極電極上形成生物膜，同時(shí)在食用廢水中有機(jī)物的時(shí)向陽極釋放電子，電子通過與陽極和陰極相連的銅導(dǎo)線移動(dòng)到陰極，廢水中的質(zhì)子則穿過質(zhì)子交換膜回到陰極，同電子和氧原子結(jié)合生成水。而電子在導(dǎo)線中的運(yùn)動(dòng)過程就形成了人們所需要的電流。
繼2005年首次完成了廢水發(fā)電的微生物燃料電池設(shè)計(jì)后，安晉南特新推出的U型設(shè)計(jì)增加了質(zhì)子交換膜的面積、縮短了兩極距離，因此降低了因阻力引起的能耗，使電池發(fā)電能力提高了10倍，每立方米溶液的發(fā)電量從3瓦增加到了29瓦。如果微生物燃料電池系統(tǒng)能夠維持每立方米溶液20瓦的電力輸出，就可以點(diǎn)亮小功率的燈泡。
然而，要讓微生物燃料電池經(jīng)濟(jì)實(shí)用，研究人員認(rèn)為，每立方米溶液的發(fā)電量需達(dá)到160瓦，研究的最終目標(biāo)則是達(dá)到300瓦。由于實(shí)驗(yàn)中使用了十分常見且價(jià)格便宜的材料，同時(shí)食品和農(nóng)業(yè)加工廠廢水豐富，因此有望首先安裝，并同時(shí)為900個(gè)家庭提供電能。
今年本年度新加坡國家科學(xué)與科技獎(jiǎng)青年科學(xué)家獎(jiǎng)得主之一的新加坡國大環(huán)境科學(xué)與工程系助理教授黃浩勇研制出所需成本較低的微生物燃料電池系統(tǒng)，同樣利用廢水發(fā)電，不但節(jié)省能源，也非常環(huán)保。微生物燃料電池系統(tǒng)雖能用廢水發(fā)電，不過也有缺點(diǎn)，電池系統(tǒng)內(nèi)使用的鈷過了兩三個(gè)月就需要換，若作為工業(yè)用途成本較高。黃教授的隊(duì)伍經(jīng)過一年多的研究，克服這一障礙，使微生物燃料電池系統(tǒng)在發(fā)電時(shí)不需要更換鈷，減低成本，讓項(xiàng)科技更具經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。
在不斷研究微生物燃料電池的同時(shí)，科學(xué)家們又開始針對(duì)礦山廢水進(jìn)行發(fā)電展望。美國賓夕法尼亞州的科學(xué)家研制出一種新型燃料電池，可利用煤礦或金屬礦的廢水來發(fā)電，既解決了嚴(yán)峻的環(huán)境問題，又提供了新能源。布魯斯·洛根及其同事開發(fā)出了這種新型燃料電池。他們?cè)谘芯繄?bào)告中描述 了成功測(cè)試該電池裝置實(shí)驗(yàn)室版的過程。他們向人們展示，利用近似于礦山酸性排水（AMD）的溶液，該裝置可有效地將溶液中溶解的鐵清除去，同時(shí)具備類似于普通微生物燃料電池的發(fā)電能力。礦山酸性排水威脅到動(dòng)植物和飲用水安全，主要原因是受污染水體酸性高且含有大量金屬，尤其是鐵。研究人員表示，新型燃料電池裝置回收的鐵可以作為油漆等制品的顏料。研究人員還指出，這種新型燃料電池的利用將提高發(fā)電效率。
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相信隨著技術(shù)的發(fā)展，廢水將不再是廢水，它將會(huì)被不斷開拓出新的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
1、New Fuel Cell Cleans Up Pollution And Produces Electricity，http://www.sciencedaily.com/releases/2007/12/071203120753.htm
2、廢水發(fā)電 微生物燃料電池技術(shù)又進(jìn)一步，http://www.hbzhan.com/Article/show/302.html
3、華裔科學(xué)家研發(fā)出微生物燃料電池系統(tǒng)用廢水發(fā)電，http://www.chinaqw.com.cn/hqhr/2005hrcg/200709/14/87597.shtml