環保與能源兼顧,新設備處理廢水的同時也能製造氫氣

發佈日期: 2019 年 05 月 02 日 12:15 | 作者: | 分類: 產業資訊

廢水處理的方法有許多種,除了轉換成再生水、將污泥變成農業肥料,現在美國普林斯頓大學帶來全新且一箭雙鵰的方法,透過微生物分解與光電化學技術,讓人們在處理污水的同時,也能產生大量氫氣。

目前工業上效率最高且最常見的製氫技術為蒸氣重整法(steam reforming),在高溫下利用蒸氣與化石燃料產生氫氣及一氧化碳等氣體,效率雖高但一點也不環保,對此,現在有許多科學家為了降低對化石燃料的依賴,正努力研發電解水製氫或是光催化製氫等綠色方法。

而普林斯頓大學研製出的新型設備就有點類似光電化學製氫,這類技術顧名思義,照光後就會引發電化學反應,只要將光電極置入溶液與經光線照射,就可把溶液轉換成氫氣。

圖片來源:普林斯頓大學

該團隊已開發出特殊腔室設備,運用光與黑色矽陰極來分解廢水並產生氫氣,其中黑色矽介面的外表看起來就像黑色的瑞士起司,有著大大小小的氣孔,可成為性能優異的光電極。

在分解廢水的過程中,細菌則是重要的背後功臣,這是因為細菌在分解有機物質時會產生電流,進一步提高水電解效率。研究員表示,這讓人們在處理廢水的同時,也可以產生燃料,將有助於降低煉油廠與化工廠的環境成本與廢水處理成本。

普林斯頓大學土木與環境工程教授 Zhiyong Jason Ren 表示,目前團隊已實際運用工廠廢水進行測試,他們首先採用啤酒廠的廢水與太陽模擬燈,實驗結果也符合研究期待,設備可同時分解有機化合物與製造氫氣。

實驗指出,新型設備的光電流紀錄高達每平方公分 23 mA,運作時間超過 90 小時後穩定性表現也相當良好,庫倫效率更是達到 96-99%。

值得注意的是,這也是人們首次用光催化技術來分解廢水,過去都是用實驗室製造的溶液或是純水進行實驗。通常電化學水分解製氫中都只能用在純水中,只是對於乾燥國家或地區來說,淡水是相當珍貴的資源,大規模發展電化學水分解製氫可謂難加上難,先前史丹佛大學也為此研發出從海水提取氫氣的方法,現在普林斯頓大學則是瞄準廢水應用。

只不過目前普林斯頓大學團隊尚未進行設備生命週期評估,研究員則認為,這項技術可以達成能源中性(energy neutral),即使目前能量產出不高,但至少製程不需要用到任何化石燃料。

團隊指出,該設備為模組化設計、裝置規模可大可小,想在家用在或是用在工廠廢水處理都可以,未來則會持續最佳化技術,希望可以製造出更多的氫氣與氣體。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:JOHN LLOYD via Flickr CC BY 2.0)

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