燃料電池中的廢水發電

廢水不再是沒用的廢物，現在已逐漸已成為高科技產品燃料電池的“最愛”。

前兩年，在微生物燃料電池技術中首先利用了廢水發電。位于美國圣路易斯的華盛頓大學在2005年就已研究出這一利用廢水發電的新技術，之后，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于發電，并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。同過去那些讓微生物在含有營養液的封閉系統中工作的實驗不同的是，安晉南特為微生物提供的是源源不斷的廢水。由于食品和農業加工中會不停排放廢水，因此，安晉南特的技術更容易在這些工廠得到應用。

利用廢水發電的微生物燃料電池技術，是在陽極室內安裝價格低廉的U型質子交換膜，將陽極和陰極分開。廢水中含有的有機物，可為細菌群提供豐富食物，讓它們得以生存和繁衍，這些細菌在電池陽極電極上形成生物膜，同時在食用廢水中有機物的時向陽極釋放電子，電子通過與陽極和陰極相連的銅導線移動到陰極，廢水中的質子則穿過質子交換膜回到陰極，同電子和氧原子結合生成水。而電子在導線中的運動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電的微生物燃料電池設計后，安晉南特新推出的U型設計增加了質子交換膜的面積、縮短了兩極距離，因此降低了因阻力引起的能耗，使電池發電能力提高了10倍，每立方米溶液的發電量從3瓦增加到了29瓦。如果微生物燃料電池系統能夠維持每立方米溶液20瓦的電力輸出，就可以點亮小功率的燈泡。

然而，要讓微生物燃料電池經濟實用，研究人員認為，每立方米溶液的發電量需達到160瓦，研究的最終目標則是達到300瓦。由于實驗中使用了十分常見且價格便宜的材料，同時食品和農業加工廠廢水豐富，因此有望首先安裝，并同時為900個家庭提供電能。

今年本年度新加坡國家科學與科技獎青年科學家獎得主之一的新加坡國大環境科學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，同樣利用廢水發電，不但節省能源，也非常環保。微生物燃料電池系統雖能用廢水發電，不過也有缺點，電池系統內使用的鈷過了兩三個月就需要換，若作為工業用途成本較高。黃教授的隊伍經過一年多的研究，克服這一障礙，使微生物燃料電池系統在發電時不需要更換鈷，減低成本，讓項科技更具經濟效應。

在不斷研究微生物燃料電池的同時，科學家們又開始針對礦山廢水進行發電展望。美國賓夕法尼亞州的科學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電，既解決了嚴峻的環境問題，又提供了新能源。布魯斯·洛根及其同事開發出了這種新型燃料電池。他們在研究報告中描述了成功測試該電池裝置實驗室版的過程。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，同時具備類似于普通微生物燃料電池的發電能力。礦山酸性排水威脅到動植物和飲用水安全，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電效率。

相信隨著技術的發展，廢水將不再是廢水，它將會被不斷開拓出新的應用。

參考文獻：

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

2、廢水發電微生物燃料電池技術又進一步，http://www.hbzhan.com/Article/show/302.html

3、華裔科學家研發出微生物燃料電池系統用廢水發電，http://www.chinaqw.com.cn/hqhr/2005hrcg/200709/14/87597.shtml