廢水回收制造燃料肥料

農(nóng)民用氨作為農(nóng)作物的肥料。圖片來源：Pattie Calfy/Getty Images

一種環(huán)保技術(shù)通過多室化學(xué)反應(yīng)器將廢水轉(zhuǎn)化為氨和無害副產(chǎn)品。與傳統(tǒng)生產(chǎn)氨的方法相比，這種可持續(xù)的替代方案所需能量少得多。

農(nóng)業(yè)、制冷系統(tǒng)、造紙和清潔用品等行業(yè)每年使用數(shù)億噸氨。生成如此大量的氨消耗了約2%的總能耗，并產(chǎn)生了全球1.4%的二氧化碳排放。

造成這一環(huán)境代價的部分原因是傳統(tǒng)生產(chǎn)氨的方法需要高溫高壓。為了讓氨生產(chǎn)更具可持續(xù)性，美國萊斯大學(xué)的Feng-Yang Chen和同事希望用常溫反應(yīng)器來替代傳統(tǒng)技術(shù)。

硝酸鹽等氮化合物常見于工業(yè)廢水或被氮肥污染的農(nóng)業(yè)徑流。當(dāng)含有硝酸鹽的水進入該研究團隊反應(yīng)器的第一間室后，電極會產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，將液體分解為三種成分：氨、純凈水和氧。其中氨會留在第一間室，純凈水流入第二件室，而氧氣則進入第三間室。

因為氨只含氮和氫，其電化學(xué)反應(yīng)不需要廢水以外的任何額外原料。反應(yīng)生成的副產(chǎn)品——純凈水能夠達到世界衛(wèi)生組織（WHO）的飲用水標準。

Chen表示，類似的反應(yīng)器在之前進行過測試，但其電極無法在足夠電壓下轉(zhuǎn)移電荷使反應(yīng)發(fā)生，除非在廢水中加入大量鹽。Chen和同事通過在反應(yīng)器中間室填充一種多孔材料代替了鹽的作用，讓廢水能夠無需預(yù)處理直接進入反應(yīng)器，使反應(yīng)器更實用。

在實驗中，該反應(yīng)器一小時可以處理100毫升與現(xiàn)實硝酸鹽濃度接近的水樣，并且在連續(xù)運行10天后仍保持良好的工作狀態(tài)，其性能與此前設(shè)計更復(fù)雜的反應(yīng)器相仿。

Chen指出，該團隊目前僅在實驗室中用含硝酸鹽的水樣測試過，但還沒有用含硝酸鹽以外成分的現(xiàn)實廢水進行測試。不過在研究人員的最終設(shè)想中，本地企業(yè)和農(nóng)場都可以用這種反應(yīng)器回收廢水，不必將廢水送去遠方的處理廠，并浪費用其制造氨的潛力。

在最理想的情況下，農(nóng)場可以擁有自己的太陽能或風(fēng)能反應(yīng)器。農(nóng)民能夠通過該設(shè)備來處理當(dāng)?shù)貜U水，并且將生產(chǎn)出的氨立即重新用做燃料或肥料。

Chen說：“我們目前還處于學(xué)術(shù)研究階段，但將其應(yīng)用于現(xiàn)實中是我的終極夢想。”