美研制出新型微生物燃料动力电池系统

近日，在第243届美国化学学会全国会议上，美国克雷格·文特尔研究所的奥里安娜博士做了一个有关微生物净化污水并同时发电的报告，该报告受到广泛关注。奥利安娜和她的团队研发的新型设备采用的是微生物燃料动力锂电池技术。微生物燃料动力锂电池是一种利用微生物体作为催化剂将有机物及无机物质氧化并出现电能的装置。以城市生活污水为营养物质的微生物燃料动力锂电池，实现了对污水处理的同时回收了电能，还可以降低污水处理的成本，不失为一举两得的良方。但是产电性能低正限制这微生物燃料动力锂电池的推广和应用。

在报告中，奥里安娜称，她开发出的污水处理和发电二合一设备仅洗衣机般大小。但比最初的样机能更加有效地处理污水，而成本下降一半；并且其能量回收能力从2％提高到13％左右。

传统的污水处理技术包括许多步骤，其中包括将污水中的固体和液体分离。分离程序往往要沉淀池、粉碎较大物体的破碎切割机、过滤颗粒的膜、生物消化过程和消除有害微生物的化学过程。这些步骤都是耗能大户。

能量费用是污水处理厂运行费用的重要组成部分，降低能量消耗已经成为污水处理行业节能降耗的重点。据估计，一个典型的污水处理厂的用电量可供1万户或更多家庭使用。据统计，美国的污水处理用电量已占到美国总用电量的2%。

奥利安娜的技术可利用氢气和氧气出现电力和饮用水。自然存在于污水中的微生物通过新陈代谢，能够消化分解污泥中的有机物质。而在这个分解过程中，细菌会出现电子，电子拥有一个负电荷，是电的基本单位。

奥里安娜对该技术的前景表示乐观，她说：假如投入商业应用，这种技术可以实现污水处理过程能量自给，对污水处理率不高且急需节能的发展我国家来说尤为重要。

奥里安娜认为，新的微生物燃料动力锂电池使用了从传统污水处理厂得到的污水，甚至具有分解污泥中的苯和甲苯等有害污染物的潜力，还能明显减少治病微生物的数量。

在圣迭戈附近的污水处理厂进行的实验中，该设备每周可处理20加仑到100加仑的废物量。研究人员用石墨电极和聚氯乙烯（PVC）框架取代了钛金属部件。正因如此，新微生物燃料动力锂电池处理废物的成本约每加仑150美元，仅为以前原型机的一半。该小组希望，最终能实现比现有水处理技术更具竞争力的成本，每加仑将低于20美元或更少。

新设备的效率是其原型机的6倍，将污泥转化为电能的效率为13％。研究人员称，将规模扩大设备效率可达20%至25％。这样出现的电力就足够推传统污水处理厂的运转。未来，微生物燃料动力锂电池有望取代部分现有城市污水处理系统。