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前沿研究:燃料電池技術(shù)對地下水中甲烷的開發(fā)利用

 時間變成水 2021-02-15


使用燃料電池作為水處理運行能量,可提供一條創(chuàng)造價值的引力之路。一項新分析顯示,需對用于飲用的地下水進(jìn)行處理,以去除甲烷。

轉(zhuǎn)向水處理產(chǎn)能技術(shù)

人們正在探索燃料電池技術(shù),以作為汲取地下水并處理的新方法。
甲烷在地下水中常??梢员话l(fā)現(xiàn),因此,甲烷作為水處理工藝的一部分必須被去除,以便后續(xù)使用。
盡管從污水處理獲取甲烷用于內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)早已應(yīng)用,但是,使用高含量甲烷導(dǎo)致相對較低的效率已經(jīng)不得不另尋其它替代方法。
荷蘭一項案例研究正在證明,從地下水中獲取甲烷可用于固體氧化物燃料電池(SOFC)。
位于荷蘭Spannenburg的一座飲用水處理廠采用真空塔回收了地下水中的甲烷,其質(zhì)量濃度高達(dá)45 mg CH4/L。
真空塔充滿活性炭,用于分離從回收氣體中去除微量硫化氫,而被提質(zhì)的氣體則用來從甲烷中分離氫,以用于電化學(xué)燃料電池。
進(jìn)一步加工氣體,包括純化、改性等工藝是必要的,以運行固體氧化物燃料電池,并防止硫化物損害。盡管如此,示范工程已證明這一方法是可行的。
根據(jù)這項研究,從Spannenburg項目中回收的甲烷量足以運行一個915kW固體氧化物燃料電池系統(tǒng),這為該廠提供了多于1/2的電力,使總溫室氣體排放量減少了17.6%,即,減少了約1794 t CO2。

一種重要的溫室氣體

甲烷主要源于細(xì)菌、有機(jī)物分解或天然氣沉積,是一種重要的溫室氣體。
甲烷一旦從水中分離,簡單通風(fēng)排放或燒掉則意味著水處理廠可能變成一種溫室氣體的巨大貢獻(xiàn)者。
雖然地下水中甲烷僅占總英國甲烷總排放量的0.05%,但根據(jù)英國地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù),若要避免災(zāi)難性溫室效應(yīng),所有溫室氣體排放都必須計入。

深入研究燃料電池技術(shù)

固體氧化物燃料電池(SOFC)技術(shù)對使用燃料具有靈活性,且電轉(zhuǎn)化效率高達(dá)60%,幾乎是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的兩倍。
也有利用從污水處理中獲取甲烷或其它物質(zhì)用于燃料電池的嘗試。
例如,微生物燃料電池(MFCs)已經(jīng)被報道可以用來處理污水中污染物并產(chǎn)能和產(chǎn)生其它有用物質(zhì)。基于細(xì)菌,微生物燃料電池可以從富含有機(jī)物的廢水中產(chǎn)生電,如同在飲用水處理廠看到的一樣。
根據(jù)一份報告和數(shù)據(jù)分析,到2026年,全球微生物燃料電池市場預(yù)計將達(dá)到1950萬美元,主要是源于人們對清潔水的需求。盡管數(shù)字不是很大,但燃料電池技術(shù)對水處理領(lǐng)域的影響巨大。

一種巨大機(jī)遇

英國Adelan燃料電池公司首席執(zhí)行官(CEO)Michaela Kendall博士解釋道,“燃料電池代表的高效、清潔電化學(xué)技術(shù)意味著一種巨大機(jī)遇,它可以通過有效利用原材料來改善污水處理行業(yè)的可持續(xù)性,就像上面提到的水處理一樣。
在受Aquatech 在線采訪時,她說:“這項工藝不僅可以用來改善水質(zhì),還可以利用處理工藝來提供清潔能源以及其它潛在資源?!?/section>
Adelan燃料微管固體氧化物電池還可以基于污水工作,而無需改變污水性質(zhì)。
她總結(jié)說:“隨著新燃料電池技術(shù)出現(xiàn)和產(chǎn)量激增,預(yù)計燃料電池價格快速下降已成定局,使這項技術(shù)成為水處理工藝回收能源的明智之選?!?/section>
雖然燃料電池技術(shù)在水處理領(lǐng)域應(yīng)用還處于初期階段,但是越來越多證據(jù)表明它具有巨大的優(yōu)勢。
廣泛應(yīng)用燃料電池技術(shù)將會使水處理行業(yè)符合環(huán)境友好性要求,且能同時提高水處理的經(jīng)濟(jì)性。




編譯:趙梓丞  郝曉地

編輯:衣春敏 

制作:文   凱

審核:李德強

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