人體廢棄物也是生質能一環,「用尿發電」可望成真

作者 | 發布日期 2019 年 01 月 30 日 13:30 | 分類 能源科技 , 電力儲存 , 電池 follow us in feedly


人們發展生質能行之有年,使用材料從農作物、木材、廚餘到細菌什麼都不奇怪,那麼回頭看看自身條件,人體排泄物是否也可成為一種發電來源?對此英國西英格蘭大學十分看好這項概念,認為尿液是個不錯的能量來源,現在正努力將尿液微生物燃料電池商業化。

目前我們常用的鋰電池、鉛酸電池都是透過氧化還原反應將化學能轉成電能,而微生物燃料電池(MFC)則是把自然界細菌及仿真細菌當作催化劑,善加利用細菌的交互作用將化學能轉換成電流,多年來科學家已嘗試各種的燃料來驅動生物電池,像是廚餘、廢紙、蝦殼、死掉的蟲、污水等,如今西英格蘭大學則把腦筋動到人體每天都會產出、棄之如敝屐的尿液。

西英格蘭大學團隊研究「Pee Power」多年,2013 年就研發出可為手機充電的微生物燃料電池,人體「一次產出」的能量就可以讓手機打電話跟傳簡訊;2015 年設計出穿戴式發電機,同年也與救援組織合作開發尿液發電廁所,甚至已成功在露天音樂會與大學試用,未來將有助緩解貧困或戰地難民營缺電的困境,而該團隊更在 2018 年 11 月成立衍生企業 Robial。

雖然用尿液來發電聽起還是個很荒唐的事情,但這並不是天方夜譚,尿液的組成份大約是 91-96% 的水,剩下則是由碳、氫、氧、氮等組成的尿素,其中含有許多有機碳,可讓微生物生存,科學家可在微生物代謝的時候攔截傳遞中的電子,並導入電極系統形成電流迴路。

而在西英格蘭大學團隊的電池設計中,微生物燃料電池由兩個半電池(half-cells)組成,厭氧生物會在陽極進行代謝與呼吸作用,陰極則放置氧化劑,用來進行電子反應,陰陽兩極之間則以半透分離器(semi-permeable)隔開。

西英格蘭大學布里斯托分部教授 Ioannis Ieropoulos 表示,簡單來說,微生物會在電池中生長與維持生命,而他們的食物就是尿液中的有機碳,電池會收集微生物排泄出的生化能量,並直接轉換成電力。

目前 Robial 仍處於初創期,採用10ml 尿液或廢水的微生物燃料電池僅能產生1-2mW電力。Ieropoulos 認為該潛力尚未觸頂,透過最佳化研究將能進一步提高微生物燃料電池效率,未來希望能以 1ml 容量產生 1-2mW 電力、用較少的「材料」產生相同能量,之後就可以利用聚沙成塔效果為住家、建築物供電。

雖然現在尿液發電的效率不高,目前也尚未提到使用壽命、如何補充燃料或是否會有異味,但該技術已展現其優勢:燃料完全免費且環保,還同時具有淨化污水的功用,展望未來,或許某一天人們在野外露營時發現手機與行動電源沒有電時,就可以自己產電為手機充電。

(首圖為示意圖,來源:Flickr/Daniel Ringwald CC BY-ND 2.0)

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