微生物燃料電池從廢水提取電能

2020-11-24 中國水網

在現代城市中，廢水始終是一種讓人頭疼的產物，直接排放的話對環境汙染極大，淨化處理的成本又太高。如今，美國的一些研究者找到了將其回收利用的新方法：發電。

美國俄勒岡州立大學的研究團隊近日在英國《能源與環境科學》（Energy & Environmental Science）期刊發表了一篇文章，闡述了他們的發現：利用微生物燃料電池（Microbial fuel cells， MFC）從廢水裡面提取出電能。

「廢水中其實含有巨大的電能，但它們通常都被捆綁在有機分子上，非常難提取和利用。我們發明了一種新型的微生物燃料電池，裡面的微生物在產出淨水的時候，是要吃進有機物的，但我們給系統接上了陰極和陽極，利用兩級之間的吸力先將附在有機分子上的電子吸出來，讓它們形成一股電流，從而產生了電能。」

利用微生物和汙染物發電的應用也有其他形式，比如沼氣和甲烷發電，它們的原理是利用微生物先生成氫氣或甲烷，再轉化為電能。而這項新研究的突破點在於，微生物在淨水過程中，直接產生的便是電能，不需要進行轉化。而且，這種系統的原料隨處可見，廁所排放物、稻草、釀酒廢渣等都可以。

「如果這種技術能進行商業上的開發的話，我相信會有很光明的前景，因為淨化廢水的過程本身產生的電量遠遠超過了自身所需，還可以往外輸出。」研究報告的作者之一，俄勒岡州立大學生物環境工程學院的劉紅教授介紹，「這將帶來全球性的影響，尤其是省錢和可持續能源的發展上。」

其實，利用微生物發電的想法多年前就有人提過了，但由於效率太低，一直讓人提不起興趣來。那麼，這種新技術的發電效率如何呢？據劉紅教授的說法，每立方米廢水能產的電量是2000瓦，這個數字跟以往的微生物燃料電池發電技術相比，提高了10-50倍之多。

「我們這幾年進行了一系列的改進，比如縮小陰陽極之間的距離，應用新的分隔區材料，微生物菌種進化等。如果能大批量建設的話，平攤掉昂貴的初始費用，這種汙水處理系統的價格跟目前全球廣泛採用的活性汙泥系統（activated sludge system）是不相上下的，再加上出售電力獲得的利潤，會讓它更有優勢。」

目前在歐美等發達國家，每年有近3%的耗電都是用來淨化廢水的，而這些電力又是靠燃料提供的，由此產生的花費和溫室效應不容小覷。俄勒岡州立大學的研究者在實驗室取得了不錯的成績後，決定趁熱打鐵，進行實地試點研究。研究者認為目前最理想的選址是食品加工廠，因為那裡可以穩定地產生大量含有電能的廢水。

編輯：朱麗娜

相關焦點

  • 微生物燃料電池處理廢水時的產電性能研究
    在該條件下，微生物燃料電池的產電性能得到了顯著 的提高，輸出電流密度約為17.3mA/m2，同時其對廢水中的COD去除率達到了82%。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/227512.htm微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell，簡稱為MFC） 是一種利用微生物體作為催化劑將有機物質及無機 物質氧化並產生電能的裝置 [1]。隨著環境問題日益嚴 峻以及經濟高速發展對能源需求的日益增加，微生物 燃料電池也越來越受重視。
  • 微生物燃料電池廢水生物處理技術
    目前，仍廣泛採用的是利用微生物的代謝作用除去廢水中有機汙染物，主要包括好氧和厭氧生物處理兩種方法。然而，這兩種方法在實踐應用中也存在缺點。一方面，好氧生物處理需要消耗大量的能量，運行費用高。另一方面，傳統的厭氧工藝雖然運行費用降低，且在處理過程中可以以甲烷形式獲得額外的生物能，但由於甲烷沒有合理的利用方式將其燃燒掉而無法實現能源的回收。
  • 微生物燃料電池處理高鹽廢水的研究進展
    北極星水處理網訊:摘要：高鹽廢水通常採用生化、蒸發和膜處理3 種方法處理，但無論採用何種方法，高鹽廢水處理均存在難度大和成本高等問題。微生物燃料電池（MFC）是一種基於產電微生物催化氧化有機物獲得電能的裝置，應用MFC 處理廢水可實現在處理廢水的同時回收廢水中能量，從而降低廢水處理成本。近年來，應用MFC 處理高鹽廢水來降低處理成本的研究逐漸開展並成為一個研究熱點。
  • 微生物燃料電池 讓汙水發電!
    圖為微生物燃料電池的示意圖。完全氧化為CO2可轉化為4.16 kW˙h的電能)，如果這些電能能夠完全被利用，將顛覆性地改變能源產生與消耗的走向。微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell， MFC)可以將汙水作為底物進行發電，將其中蘊含的能量回收，可解決汙水處理廠的電耗問題。MFC既可用於處理廢水有機物，也可用於廢水脫氮除硫，甚至可用於處理難降解有毒化合物。
  • 微生物燃料電池技術又推進一步
    位於美國聖路易斯的華盛頓大學的研究人員日前稱，他們把利用廢水發電的微生物燃料電池技術又向前推進了一步。去年他們已研究出了這一利用廢水發電的新技術，現在，他們又把新技術的發電量比去年提高了10倍。如果利用這一技術能使發電量再提高10倍的話，食品和農業加工廠就有望能安裝這種設備用於發電，並能為附近居民提供清潔和可再生電能。 　　華盛頓大學環境工程學項目成員、化學工程助教拉思•安晉南特博士在「環境科學技術」網站上介紹了這種不間斷上流微生物燃料電池（UMFC）的設計以及工作原理。
  • 微生物燃料電池節能環保
    微生物燃料電池節能環保 37次閱讀 作者：邱美輝   來源：中國化工報
  • 美用紙製造微生物燃料電池電極
    美用紙製造微生物燃料電池電極 發布時間：2017-02-08 16:30:44.0科技日報       新華社華盛頓2月6日電美國研究人員近日在《美國化學學會·能源通訊》雜誌上報告說，他們開發出一種新技術，可用紙製造微生物燃料電池的電極，與過去的方法相比這能讓微生物燃料電池更為廉價和高效
  • 劉紹琴教授團隊提出提升微生物燃料電池性能新策略 推動廢水處理更...
    哈工大報訊（王雪/文）近期，基礎與交叉科學研究院微納米技術研究中心劉紹琴教授團隊在微生物燃料電池陽極材料方面取得新進展。團隊通過簡便的水熱反應合成了二硫化鐵/石墨烯複合物（FeS2/rGO）作為微生物燃料電池的陽極，並將其用於啤酒廠廢水的處理，獲得了較高的電壓、功率密度和良好的有機物去除率。
  • 英開發微生物燃料電池 可將咖啡廢料轉化為電能
    英國的科學家首次將製作咖啡過程中產生的廢料轉化為電能，這一研究將幫助發展中國家的農民減少汙染。　　據報導，全世界每年能生產出950萬噸的咖啡，而咖啡工業將咖啡豆轉化為咖啡的過程中會產生大量的液體廢料。這些廢料是由農場在清洗咖啡種子或咖啡豆，以及在製造速溶咖啡時密集用水的過程中產生的。
  • 汙水尿液能發電 微生物燃料電池技術獲突破
    OFweek環保網訊：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塊微生物燃料電池。　　雖然目前還沒有商業產品問世，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。BruceLogan教授則認為，只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，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。
  • 用紙做成的電極讓微生物燃料電池更廉價高效
    美國研究人員近日在《美國化學學會・能源通訊》雜誌上報告說，他們開發出一種新技術，可用紙製造微生物燃料電池的電極，與過去的方法相比這能讓微生物燃料電池更為廉價和高效。微生物燃料電池是一種利用微生物來產生電能的裝置，一個重要應用場景是廢水處理，微生物在去除水中汙染物的同時，還能產生電能。　　但目前所用的微生物燃料電池的電極通常是由金屬或碳氈製成，都有一些不足之處，如金屬成本高且容易被腐蝕，由碳纖維製成的碳氈雖然便宜一些，但其中的孔隙容易被阻塞。
  • 微生物燃料電池產電機制研究獲進展
    微生物燃料電池（Microbial fuel cell, MFC）是一種以產電微生物為陽極催化劑將有機物中的化學能直接轉化為電能的裝置，在廢水處理和新能源開發領域具有廣闊的應用前景
  • 微生物燃料電池在土壤修復中的應用與前景
    微生物燃料電池在土壤修復中的應用與前景北極星環境修復網訊:摘要微生物燃料電池（microbial fuel cells，MFCs）能夠將有機物或無機物的化學能轉化為電能，在治理汙染的同時也提供電能，在修復汙染環境和生物產電方面有著很好的前景。
  • 用紙做成的電極讓微生物燃料電池更廉價高效-新華網
    新華社華盛頓２月６日電　美國研究人員近日在《美國化學學會·能源通訊》雜誌上報告說，他們開發出一種新技術，可用紙製造微生物燃料電池的電極，與過去的方法相比這能讓微生物燃料電池更為廉價和高效。　　微生物燃料電池是一種利用微生物來產生電能的裝置，一個重要應用場景是廢水處理，微生物在去除水中汙染物的同時，還能產生電能。但目前所用的微生物燃料電池的電極通常是由金屬或碳氈製成，都有一些不足之處，如金屬成本高且容易被腐蝕，由碳纖維製成的碳氈雖然便宜一些，但其中的孔隙容易被阻塞。　　美國羅切斯特大學的研究人員報告說，可以用紙和碳膏來取代碳氈。
  • 新突破:紙制微生物燃料電池電極成功面世
    用紙和微生物做的電池電極，不僅成本低且效率極高。 用紙製造微生物燃料電池的電極，聽起來是不是覺得有些不可思議？據了解，這一新技術將主要用於廢水處理，由該技術製成的電極不僅能夠去除廢水中的汙染物，還能產生電能。其實，利用微生物產生電能的電池裝置並不少見，但這些微生物電池的電極大多數是由金屬或碳氈製成的。由於金屬的成本比較高而且很容易被腐蝕，碳纖維製成的碳氈又因為孔隙太大容易被阻塞，所以微生物電池一直都無法有效的降低廢水處理的成本和提高工作效率，也就一直沒有被廣泛的投入使用。
  • 微生物燃料電池或成汽車節能環保解決方案
    正在廈門舉行的汽車「節能與綠色製造」高峰論壇上，來自廈門大學化學與化工學院的徐方成副教授介紹了一種新型的微生物燃料電池，為汽車節能環保提供了一種解決方案。    顧名思義，這種微生物燃料電池是以微生物作為「燃料」，通過一系列化學反應，轉化為能量為汽車提供動力。這種微生物燃料電池是以糖類物質、有機廢水、有機廢固等作為原料，通過專門的產生化學反應的裝置，生成電或氫，進入超級電容器或者氫燃料電池，最終形成電能。    據介紹，這種燃料電池由產能電池和蓄能電池組成，可以實現停車的時候生成並儲存電能，而且安全，綠色環保。
  • 新加坡研製微生物燃料電池 用廢水發電節省能源
    中新社香港九月十四日電　新加坡消息：新加坡國大環境科學與工程系助理教授黃浩勇研製出微生物燃料電池系統，利用廢水發電，不但所需成本較低，節省能源，也非常環保。    此間《聯合早報》十四日報導，今年三十五歲的黃浩勇是本年度新加坡國家科學與科技獎青年科學家獎得主之一。
  • 中國科學家發明出「一種微生物燃料電池堆」
    中國科學院廣東省生態環境與土壤所周順桂研究員經多年努力，研發出「一種微生物燃料電池堆」。記者11日從廣東省生態環境與土壤所獲悉，該發明日前獲得中國知識產權局頒發的發明專利證書。 廣東省生態環境與土壤所透露，周順桂研究員的此項發明於2009年已獲美國專利局受理，本發明克服現有的微生物電池結構與運行方式不利於擴展和放大以及成本高的缺點，具有易擴展、統一進料和出料、結構緊湊、造價低廉、輸出功率密度高、COD去除效果好等優點。
  • 哈工大一博士生創國內「微生物燃料電池」科研新成果 環保電池技術...
    哈爾濱新聞網11月7日訊 （商豔凱 記者 劉鋼）記者從哈工大獲悉，剛剛步入博士三年級學習的哈工大市政學院尤世界得到了一個好消息：國際微生物燃料電池（MFC）官方網站報導了哈爾濱工業大學在MFC領域的科研成果，以他為第一作者、前期已得到SCI（國際科學引文索引）檢索的4篇英文論文也被收錄到該網站內。
  • 不同來源菌群接種微生物燃料電池處理澱粉廢水技術
    北極星環保網訊:澱粉廢水是澱粉生產過程中各工藝所產生的廢水總和，具有產量大、有機物濃度高的顯著特徵，是我國食品工業中汙染最嚴重的廢水之一〔1〕。而微生物燃料電池(micRobialfuelcell，MFC)作為快速發展的水處理技術，既可以去除廢水中的有機汙染物，又可將有機汙染物中貯存的化學能以電能形式回收，實現廢水的資源化利用〔2〕。