燃料电池中的废水发电

燃料电池中的废水发电

废水不再是没用的废物，现在已逐渐已成为高科技产品燃料电池的“最爱”。

前两年，在微生物燃料电池技术中首先利用了废水发电。位于美国圣路易斯的华盛顿大学在2005年就已研究出这一利用废水发电的新技术，之后，他们又把新技术的发电量比去年提高了10倍。如果利用这一技术能使发电量再提高10倍的话，食品和农业加工厂就有望能安装这种设备用于发电，并能为附近居民提供清洁和可再生电能。

华盛顿大学环境工程学项目成员、化学工程助教拉思•安晋南特博士介绍了这种不间断上流微生物燃料电池（UMFC）的设计以及工作原理。同过去那些让微生物在含有营养液的封闭系统中工作的实验不同的是，安晋南特为微生物提供的是源源不断的废水。由于食品和农业加工中会不停排放废水，因此，安晋南特的技术更容易在这些工厂得到应用。

利用废水发电的微生物燃料电池技术，是在阳极室内安装价格低廉的U型质子交换膜，将阳极和阴极分开。废水中含有的有机物，可为细菌群提供丰富食物，让它们得以生存和繁衍，这些细菌在电池阳极电极上形成生物膜，同时在食用废水中有机物的时向阳极释放电子，电子通过与阳极和阴极相连的铜导线移动到阴极，废水中的质子则穿过质子交换膜回到阴极，同电子和氧原子结合生成水。而电子在导线中的运动过程就形成了人们所需要的电流。

继2005年首次完成了废水发电的微生物燃料电池设计后，安晋南特新推出的U型设计增加了质子交换膜的面积、缩短了两极距离，因此降低了因阻力引起的能耗，使电池发电能力提高了10倍，每立方米溶液的发电量从3瓦增加到了29瓦。如果微生物燃料电池系统能够维持每立方米溶液20瓦的电力输出，就可以点亮小功率的灯泡。

然而，要让微生物燃料电池经济实用，研究人员认为，每立方米溶液的发电量需达到160瓦，研究的最终目标则是达到300瓦。由于实验中使用了十分常见且价格便宜的材料，同时食品和农业加工厂废水丰富，因此有望首先安装，并同时为900个家庭提供电能。

今年本年度新加坡国家科学与科技奖青年科学家奖得主之一的新加坡国大环境科学与工程系助理教授黄浩勇研制出所需成本较低的微生物燃料电池系统，同样利用废水发电，不但节省能源，也非常环保。微生物燃料电池系统虽能用废水发电，不过也有缺点，电池系统内使用的钴过了两三个月就需要换，若作为工业用途成本较高。黄教授的队伍经过一年多的研究，克服这一障碍，使微生物燃料电池系统在发电时不需要更换钴，减低成本，让项科技更具经济效应。

在不断研究微生物燃料电池的同时，科学家们又开始针对矿山废水进行发电展望。美国宾夕法尼亚州的科学家研制出一种新型燃料电池，可利用煤矿或金属矿的废水来发电，既解决了严峻的环境问题，又提供了新能源。布鲁斯·洛根及其同事开发出了这种新型燃料电池。他们在研究报告中描述了成功测试该电池装置实验室版的过程。他们向人们展示，利用近似于矿山酸性排水（AMD）的溶液，该装置可有效地将溶液中溶解的铁清除去，同时具备类似于普通微生物燃料电池的发电能力。矿山酸性排水威胁到动植物和饮用水安全，主要原因是受污染水体酸性高且含有大量金属，尤其是铁。研究人员表示，新型燃料电池装置回收的铁可以作为油漆等制品的颜料。研究人员还指出，这种新型燃料电池的利用将提高发电效率。

相信随着技术的发展，废水将不再是废水，它将会被不断开拓出新的应用。

参考文献：

1、NewFuelCellCleansUppolluTIonAndproducesElectricity，http://www.sciencedaily.com/releases/2007/12/071203120753.htm

2、废水发电微生物燃料电池技术又进一步，http://www.hbzhan.com/Article/show/302.html

3、华裔科学家研发出微生物燃料电池系统用废水发电，http://www.chinaqw.com.cn/hqhr/2005hrcg/200709/14/87597.shtml