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新加坡南洋理工大學（NTU Singapore）的科學家們已經(jīng)開發(fā)出一種創(chuàng)新的太陽能發(fā)電方法，可以將污水處理的副產(chǎn)品——污泥轉(zhuǎn)化為清潔的綠色氫和用于動物飼料的單細胞蛋白質(zhì)。
發(fā)表在《Nature Water》雜志上的污泥轉(zhuǎn)化為食物和燃料的方法解決了兩個緊迫的全球挑戰(zhàn)：管理垃圾和產(chǎn)生可持續(xù)資源。這與南洋理工大學的目標一致，即解決人類面臨的最大挑戰(zhàn)，如氣候變化和可持續(xù)性。
聯(lián)合國估計，到2050年，城市人口將增加約25億。隨著城市和工業(yè)的發(fā)展，污水污泥也越來越多，由于其復雜的結(jié)構(gòu)和成分，以及重金屬和病原體等污染物，污泥的處理和處置非常困難。
根據(jù)聯(lián)合國人居署的數(shù)據(jù)，全球每年產(chǎn)生的污水污泥超過1億噸，并且每年都在增加。然而，常見的處理方法——如焚燒或填埋——既耗時又不節(jié)能，還會造成環(huán)境污染。
為了解決不需要且難以處理的污水污泥問題，南洋理工大學的研究人員創(chuàng)造了一種集機械、化學和生物技術(shù)于一體的三步太陽能工藝。
概念驗證測試表明，南洋理工大學團隊的工藝比傳統(tǒng)技術(shù)更有效，比如厭氧消化——細菌通過厭氧消化分解有機廢物，產(chǎn)生沼氣和富含營養(yǎng)的殘渣。這種新技術(shù)回收的資源明顯更多，完全去除重金屬污染物，環(huán)境足跡更小，具有更好的經(jīng)濟可行性。
新加坡南洋理工大學（NTU Singapore）鳥瞰
來自南洋理工大學機械與航空航天工程學院（MAE）和南洋理工大學能源研究所（ERI@N）的首席研究員李宏副（音譯）教授說：
“我們的方法將廢物轉(zhuǎn)化為寶貴的資源，減少對環(huán)境的破壞，同時創(chuàng)造可再生能源和可持續(xù)食品。這是循環(huán)經(jīng)濟的典范，有助于實現(xiàn)更綠色的未來。”
南洋理工大學土木與環(huán)境工程學院（CEE）和南洋環(huán)境與水研究所（NEWRI）的聯(lián)合首席研究員周巖（音譯）教授說：
“我們的太陽能工藝展示了我們?nèi)绾瓮瑫r解決多重挑戰(zhàn)——將難處理的廢物轉(zhuǎn)化為清潔能源和營養(yǎng)蛋白質(zhì)。”
“通過整合機械、化學和生物方法，我們的方法成功地解決了污染和資源短缺問題，為廢水管理提供了一種新的可持續(xù)戰(zhàn)略。”
三步法該工藝首先用機械分解污水污泥。化學處理將有害重金屬從有機物質(zhì)中分離出來，包括蛋白質(zhì)和碳水化合物。
接下來，太陽能驅(qū)動的電化學過程使用專門的電極將有機材料轉(zhuǎn)化為有價值的產(chǎn)品，如醋酸（食品和制藥工業(yè)的關(guān)鍵成分）和氫氣（清潔能源）。
最后，將光活化細菌引入處理后的液體流中。這些細菌將營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為適合動物飼料的單細胞蛋白質(zhì)。
實驗室測試表明，新方法可回收污水污泥中91.4%的有機碳，并將63%的有機碳轉(zhuǎn)化為單細胞蛋白質(zhì)，而不會產(chǎn)生有害的副產(chǎn)品。相比之下，傳統(tǒng)的厭氧消化通常只能回收和轉(zhuǎn)化污水污泥中約50%的有機物質(zhì)。
太陽能驅(qū)動的過程實現(xiàn)了10%的能源效率，利用陽光每小時產(chǎn)生高達13升的氫氣，比傳統(tǒng)的制氫方法節(jié)能10%左右。
與傳統(tǒng)方法相比，南洋理工大學的工藝減少了99.5%的碳排放和99.3%的能源消耗。它還消除了污泥中的有害重金屬，否則污泥將未經(jīng)適當處理而被丟棄，使該過程成為一種環(huán)保選擇。
論文的第一作者，中國工程院研究員趙虎（音譯）博士說：
“我們希望這種方法能夠展示可持續(xù)管理廢物的可行性，并改變?nèi)藗儗ξ鬯勰嗟目捶?mdash;—從廢物到支持清潔能源和可持續(xù)糧食生產(chǎn)的寶貴資源。”
南洋理工大學的研究小組補充說，雖然新開發(fā)的工藝很有希望，但需要更多的研究來確定它是否可以擴大規(guī)模。一個關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是使用電化學過程完全分解有機材料并從廢物中提取所有重金屬的成本。此外，為污水處理設(shè)施設(shè)計一個復雜的系統(tǒng)也增加了難度。
（素材來自：NTU Singapore 全球氫能網(wǎng)、全球生物質(zhì)能源網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合） |
