新加坡南洋理工大學(xué)（NTU Singapore）的科學(xué)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(dòng)物飼料的單細(xì)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(gè)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(xué)的目標(biāo)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(jì)，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(fù)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(shí)又不節(jié)能，還會(huì)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(xué)的研究人員創(chuàng)造了一種集機(jī)械、化學(xué)和生物技術(shù)于一體的三步太陽能工藝。

　　概念驗(yàn)證測(cè)試表明，南洋理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)的工藝比傳統(tǒng)技術(shù)更有效，比如厭氧消化——細(xì)菌通過厭氧消化分解有機(jī)廢物，產(chǎn)生沼氣和富含營養(yǎng)的殘?jiān)＿@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(jì)可行性。

新加坡南洋理工大學(xué)（NTU Singapore）鳥瞰

　　來自南洋理工大學(xué)機(jī)械與航空航天工程學(xué)院（MAE）和南洋理工大學(xué)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(duì)環(huán)境的破壞，同時(shí)創(chuàng)造可再生能源和可持續(xù)食品。這是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的典范，有助于實(shí)現(xiàn)更綠色的未來。”

　　南洋理工大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)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(shí)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(jī)械、化學(xué)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(jī)械分解污水污泥。化學(xué)處理將有害重金屬從有機(jī)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(dòng)的電化學(xué)過程使用專門的電極將有機(jī)材料轉(zhuǎn)化為有價(jià)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(xì)菌引入處理后的液體流中。這些細(xì)菌將營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為適合動(dòng)物飼料的單細(xì)胞蛋白質(zhì)。

　　實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，新方法可回收污水污泥中91.4%的有機(jī)碳，并將63%的有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為單細(xì)胞蛋白質(zhì)，而不會(huì)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(jī)物質(zhì)。

　　太陽能驅(qū)動(dòng)的過程實(shí)現(xiàn)了10%的能源效率，利用陽光每小時(shí)產(chǎn)生高達(dá)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(xué)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(dāng)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?duì)污水污泥的看法——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(xué)的研究小組補(bǔ)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(kuò)大規(guī)模。一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是使用電化學(xué)過程完全分解有機(jī)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(jì)一個(gè)復(fù)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）