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美国新型发电技术:微生物逆向电渗析电池诞生

2012-03-30 11:29
天堂的苦涩
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  日前,美国宾夕法尼亚大学的科研小组发明了一种新型的发电技术,即微生物逆向电渗析电池(MRC)。这一技术由两个不同的技术结合而成。该小组扬长避短,规避了这两个技术的局限性,开发出效率更高、成本更低,且十分方便的电池技术。

  这两个技术分别为微生物燃料电池(MFC),即利用生活废水中自然存在的细菌发电,以及逆向电渗析(RED),也就是利用淡水和盐水之间的盐度梯度来发电。科研小组负责人、能源与环境研究专家布鲁斯•罗根表示:“这两个技术每个都存在优点和弊端,把它们结合在一起,取其优点,结合之后,效果更佳。”

  科研小组研究指出,把生活废水中的细菌降解,再结合淡水和海水之间的盐度梯度来发电,优势更加明显。另外,废水中蕴含有大量以有机物形式存在的能量,而这些能量是处理这些废水所需能量的10倍之多。

  “通常我们不利用这些能量,而是简单地放任自流,浪费很多能量。”罗根表示。而生活废水加上家畜和食品生产过程中产生的废水所蕴含的全部能量几乎可以维持全美水利基础设施的运行。“我预计通过MRC技术,可为美国带来17吉瓦的电力,要知道,一座核反应堆一年发电能力也只有1吉瓦左右。”罗根自信地说。

  科研小组把MRC技术的发电原理报告发表在了3月2日出版的《科学》杂志上。报告显示,在使用RED技术时,淡水和海水会被水泵压过两个膜片,这对膜片与带相反电荷的电极相连,会让正负电荷分别朝不同的方向行进,当离子朝它们各自的电极移动时,就会产生电流。但这一方法需要使用很多膜片,因此成本很高。而MFC的技术,则是利用微生物群来分解和氧化有机物,此过程会释放出向阳极移动的电子,而这时水中的氢离子则会通过质子交换膜并进入独立的阴极,这样一个从阳极到阴极的游走产生了电力。而氢离子还会与周围的氧相结合,形成清洁的水。

  科研小组把一个由几对膜片组成的RED模块置于一个MFC的阴极和阳极之间,以此形成MRC技术。两者结合可获得更高的能量密度,即RED堆会增加MFC的电流,而MFC电极之间的电压能使RED堆使用更少的膜片进行操作。

  罗根还大胆假设,如果利用碳铵盐溶液来代替海水发电效果会更好。把RED堆中的海水替换成碳铵盐溶液,这不仅能提高能量密度,碳酸氢铵也能在堆内再生,使该堆成为一个封闭系统。

  另悉,阿卜杜拉国王科技大学对这一技术非常感兴趣,该大学希望与罗根小组共同合作,而且不会吝啬资金和人力的支持。

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