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美国科学家发现:废水+细菌=清洁能源
添加时间:2011-9-23  作者:赵路  来源:科学时报  点击:1544  
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  利用由淡水、盐水和细菌构成的一套系统,科学家在没有任何外来能源的前提下制造出氢气。

  (图片提供:Y. Kim,B. E. Logan/PSU)

  这是第一次,仅仅利用水和细菌,研究人员便能够持续不断地制造氢气——这是一种清洁能源的潜在来源。科学家表示,如今的挑战在于如何扩大生产规模,从而为各种各样的用途提供大量的氢气,例如为汽车和小型发电机提供燃料。

  由于在与氧气燃烧后仅仅生成水蒸气,氢气有可能成为最终的清洁燃料。美国宾夕法尼亚州立大学的环境工程师Bruce Logan表示,研究人员之前已经能够用由微生物提供动力的与电池类似的燃料电池制造氢气,但这一过程需要外部能源提供电力,例如通过再生资源或燃烧化石燃料。Logan同时强调,利用包含有可使盐水和淡水分离的渗透膜的装置,科学家已经能够利用它们之间存在的电压差。然而这些装置仅仅能够产生电压差,却无法形成制造氢气所需的电流。只有当电流通过含有氢离子的液体时才能够产生氢原子,而这些原子彼此结合最终才会形成氢气。

  如今,Logan和宾夕法尼亚州立大学的环境工程师Younggy Kim在本周的美国《国家科学院院刊》网络版上报告说,他们完成了一些其他研究团队从未做过的事——在没有任何外部能源的前提下,成功地将两种装置结合在一起,进而产生了氢气。其装置原型包含有两部分:一部分存放有细菌及其营养物质,而另一部分则储存有用来产生氢气的盐水——它们被5个组合气室所分离,用来循环盐水和淡水。这些组合气室能够产生0.5到0.6伏特的电压——研究人员表示,这已经足够让微生物燃料电池产生氢气了,而其中的细菌则以醋酸化合物为食。

  研究人员用30毫升的醋酸钠溶液供养细菌,这种装置每天能够产生21到26毫升的氢气。毫无疑问,这是一个很小的体积——大约相当于一次性打火机燃料体积的4倍,但是它足以证明这种制造氢气的概念能够在实验室中奏效。虽然制造氢气的设备价格昂贵,但这种装置不需要外部能源,因此在这一过程中也不会有温室气体产生。

  华盛顿哥伦比亚特区美国海军研究实验室的化学家Leonard Tender指出,该研究小组的这套装置“非常简单,而他们的实验结果也得到了很好的解释,并且毫不含糊”。他强调,扩大氢气生产规模的一个挑战就是研制燃料电池膜所需的新材料,从而防止其被细菌活动的化学副产品迅速堵塞——这将减少保持电压差所需的离子流。Tender说,一旦攻克这一瓶颈,这项技术将为利用废水中的有机物产生能源提供极大的可能性。

  坦佩市亚利桑那大学的化学工程师Csar Torres表示,扩大生产规模还面临着一项挑战,那就是“让细菌一直满意”。因为如果将细菌代谢所产生的全部能量用来产生氢气,将会影响到微生物的生长和繁殖。

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