燃料动力电池处理废水和收获能源

一种新的微生物燃料电池在废水处理过程中产生能量，并且还大大减少了产生的污泥量。总部位于以色列的公司Emefcy被命名为微生物燃料电池（MFC）首字母缩略词，起初与大多数废水处理相同的原理-水被充气，因此液体中的细菌在封闭的容器系列中分解有机物质被称为生物反应器。

“我们没有发明任何科学上新的东西，”这家有四年历史的公司营销和业务发展副总裁ElyCohen说。

新颖的因素：Emefcy不使用电力将空气推入水中，而是使用可渗透的过滤器，允许空气进入，但不会让液体流出，就像尿布的工作原理一样。聚乙烯塑料膜与建筑中使用的材料类似，围绕着废水流入的燃料电池室。

在燃料电池内部，Emefcy哄骗厌氧细菌，主要是Shewanellaoneidensis和Geobactersulfurreducens，在无氧环境中释放电子。电子流到阳极然后进入电路到阴极外部的单独腔室中的阴极。电子允许碳阴极与氧反应形成二氧化碳。

Emefcy燃料电池的实用方面涉及材料工程：阳极和阴极均由充当导体的碳布制成。贵金属长期以来被用作电池和其他类型燃料电池中的导电材料，但是在微生物燃料电池中以商业规模使用太昂贵。

根据Cohen和模块的说法，对于典型的纸张回收工厂，一个大约一立方米的Emefcy燃料电池模块每天可以处理大约3立方米的废水，具体取决于有机物质的含量。可以扩展以满足更大或更小的植物的需求。

科恩说，由于环境因其生存而优化，细菌可以大量生产电力并延长寿命，因此污泥可以减少80％。每公斤细菌消耗的有机物质产生大约4瓦的电力。产生的电量不会完全为整个城镇，甚至整个加工设施供电，但它可以抵消用于清洁水的能量。

“我们不消耗的能源比我们可能生产的电力更重要，”宾夕法尼亚州立大学的环境工程师布鲁斯洛根说，他是Emefcy的顾问。

市政和工业废水处理厂占美国每年使用的电力的2％左右，但治理方法几十年来基本保持不变。在传统系统中，大部分电力通过水泵送空气，使水中的细菌生长并消耗最大颗粒被去除后残留的有机物质。另外一大块能源用于运输剩余的污泥，这几乎总是在垃圾填埋场。

Emefcy的技术有其局限性。燃料电池非常适用于有机物质含量高的废水，主要是来自农业和食品加工的废水，而非市政当局。洛根估计，食品和饮料废水的数量与生活污水相当，而动物和农场废水则超过其他两个市场的总和。科恩说，特别是食品添加剂行业可能会成为一个非常有吸引力的技术市场。

根据全球水情报（GWI）的一份报告，污泥减少和法规遵从也是食品和饮料行业的重要推动因素，这促使更多公司在现场处理废水，而不是直接将废水直接送到市政处理设施。位于英格兰的水行业市场研究公司。随着监管的不断增加，Emefcy的技术也可以吸引这个市场。

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Emefcy正在以色列建立一个示范工厂，从明年开始将扩展到16个模块，并且在实验室中，该公司已经在测试全球工厂的废水。Emefcy希望2013年可扩展系统在商业上可用，每个模块的价格为4,000到5,000美元。

虽然Emefcy因其进步而备受关注，但整个微生物燃料电池行业仍在试图证明这是否真的有效，威斯康星大学密尔沃基分校环境生物技术和生物能源的微生物燃料电池研究员ZhenHe说。实验室。他指出，在微生物燃料电池上发表的近4000篇论文中，只有不到2％的人报告了大于1升的水的处理量。“我不认为一个团体可以处理所有事情。”他说。“我们需要整个领域来扩大规模。”但Emefcy并不孤单。还有其他一些团体，包括J.CraigVenter研究所的一个团队，他们正在扩大用于污水处理的微生物燃料电池的试点。

虽然Emefcy试图减少污泥，但其他研究人员正在寻找将污泥转化为生物燃料的方法，例如费城的BlackGoldBiofuels。另一家初创公司，位于温哥华的Ostara营养回收技术公司，正在采集通常最终会产生污泥并将其转化为高等级肥料的矿物质。根据GWI的报告，厌氧消化也是工业废水行业的一个增长趋势。其他公司，如位于康涅狄格州丹伯里的FuelCellEnergy，正在从厌氧消化器中捕获气体，用于热电联产电厂。

根据美国环境保护署的数据，大约104个城市污水处理厂使用厌氧消化气体捕获技术，用于热电联产和循环联合装置。市政当局也利用太阳能价格的下降来抵消污水处理厂的能源需求。

其他公司正在寻求利用废水设施的流量来捕获至少一些水电作为电力。氢是废水的另一种有吸引力的副产品，洛根在宾州州立大学的一些研究涉及研究如何捕获氢来运行燃料电池。

Logan说：“我认为，制造电力或建立氢气生产设施的好处仍然存在一些不确定性。”“现在，这是一个折腾。”

根据废水的位置和类型，许多不同的解决方案可能会有市场机会。“我们正在改变废水的经济性，”科恩说。“这是一个巨大的能量来源。”