如何利用微生物从人类排泄物中提取能量有助于减少对化石燃料的依赖

2025-03-26 22:51来源:本站

  

  

  我们通常不会考虑冲洗垃圾后会发生什么,但卑诗省的一组研究人员正在试验将污水转化为能源的方法。

  该团队一直在实验室和位于不列颠哥伦比亚省里士满的占地24英亩的露露岛污水处理场工作,他们在那里建造了一个高科技的微型污水消化池,他们在那里播种了自然产生的微生物种群,以消化有机物质。

  沼气是这一过程的副产品,由甲烷、二氧化碳和少量其他化合物如硫化氢、氮和氧组成。

  它可以被加工成更清洁的形式来发电。参与其中的人说,令人兴奋的部分是他们培养微生物种群以产生更多沼气的方式。

  “我们正在为他们的成长和繁荣创造合适的环境,”工程师莉莲·扎伦巴(Lillian Zaremba)说,她是大温哥华地区合作创新项目经理,该地区政府为不列颠哥伦比亚省的21个城市提供服务美国的低陆平原。

  A woman in safety gear stands in front of a huge machine made of silver tubes and tanks

  该项目位于露露岛的污水处理厂内,该处理厂处理来自温哥华以南约20公里的里士满22万户家庭的数百万升污水。

  英属哥伦比亚大学生命科学研究所的微生物学教授史蒂文·哈勒姆说,真正的魔力是微观的。

  哈勒姆说:“这些看不见的居民生活在这个人类建造的环境中,实际上完成了所有的工作,最终从废物中生产资源,可再生资源。”

  “这就像一条圆形装配线。这是一个生态系统。”

  Steve Hallam UBC Microbiologist

  哈勒姆所在的团队正在探索从废水中高效提取能源的方法,这些废水之前是经过处理并排入大海的。他希望像这样的项目能改变社会对废物的看法。

  他说:“我们一直被教导说,稀释是解决污染的办法,对吧?”“我是说,眼不见,心不烦。”

  露露岛工厂正在处理他们回收的甲烷,并将其用于为工厂提供动力。

  多余的部分卖给了不列颠哥伦比亚省该公司每年产生约100万美元的收入,用于维持该设施的运行。许多正在进行的研究都涉及到一个巨大的、银色的威利·旺卡式的小玩意儿。

  这个绰号为“婴儿消化器”的设备已经安装在露露岛污水处理设施,在那里它可以作为一个平台或现场实验室,他们可以在那里进行测试。婴儿消化器是微生物——被称为产甲烷菌——分解废物的地方。

  A series of cylindrical towers and a huge bubble at a sewage plant are f<em></em>ramed against a blue sky

  然后,产生的甲烷气体通过管道输送到另一系列结构中,其中包括一个大的白色气泡,在那里它被清洁到可以混入气体输送系统的程度。露露岛的沼气设施于2021年开始运营,到目前为止已经花费了1100万美元。

  它现在每年产生60000亿焦耳的能量。她说,目标是扩大这个系统的规模,并最终与加拿大其他180家污水处理厂共享这项技术,但她指出,这可能需要数千万美元。

  据加拿大沼气协会(Canadian biogas Association)称,在加拿大,有300个正在进行的从农场或垃圾填埋场的废物中提取沼气的项目,每年提取的能源足以为大约50万户家庭供电。

  2018年,UBC的微生物学家和环境工程师首先开始了初步的微生物研究,最终导致了一项获得专利的生物反应器计划。

  自然科学与工程研究委员会和大温哥华地区可持续发展创新基金资助的两个研究项目合作寻找从废水中提取能量,从废水中回收热量和氨的方法。

  2022年,美国专利商标局(U.S. Patent and Trademark Office)授予大温哥华地区一项“促消化合成富集”(Syntrophic Enrichment for Enhanced Digestion, SEED)专利,这是他们根据婴儿消化器的实验设计的系统或生物反应器。

  一个新的生物反应器原型正在建造中,预计将于2027年完工。Zaremba说,这将使他们能够扩大项目规模,并将甲烷产量提高50%,尽管他们计划一开始的目标是提高15%到20%。

  扎伦巴说:“如果我们能证明它是成功的,它有积极的商业案例,那就意味着其他有消化器的地方可以使用它,我们就可以生产更多可再生的低碳天然气,这样我们就可以减少对化石燃料的依赖,这将有助于我们国家实现其气候目标。”

  她说,该项目有助于实现卑诗省的目标到2030年,将15%的省级天然气消费转化为可再生能源或低碳能源。

  总部位于多伦多的彭比纳研究所(Pembina Institute)是一家倡导有效清洁能源转型的智库,该研究所负责电力项目的高级分析师Guru Gurumurthy表示,这一概念“当然看起来很新颖”。

  但他说,这个系统并不便宜,并指出“它确实增加了温室气体排放。”Gurumurthy认为风能或太阳能是更可行的解决方案,因为“它们是目前可用的成本最低的能源解决方案。”

  其他批评人士质疑,从沼气中收集甲烷是一种有效的气候变化解决方案,还是只是将天然气作为可再生能源进行营销的另一种方式。

  艾迪·迪尔登(Eddie Dearden)说,大约十年前,在了解了更多关于气候变化的知识后,他辞去了煤炭行业化学工程师的工作,转而从事可持续家居设计。

  A man in a blue shirt and blue ba<em></em>seball hat stands beside a gas meter holding an orange device that's used to detect gas leaks.

  他向加拿大竞争局提出投诉,指责天然气公司在使用天然气对环境的影响方面误导消费者。他也是起诉FortisBC涉嫌“洗绿”的原告之一——利用营销手段使该公司看起来比实际更环保——他还在争取市政当局将“天然气”一词改为“化石气”,努力向公众表明,面对气候变化,有必要逐步停止使用这种燃料。

  “从本质上讲,他们正在制造一种最强大的温室气体——甲烷,”迪尔登说,他认为加拿大需要放弃使用这种气体,因为它太难控制了。

  Zaremba说,Lulu工厂现在重新利用了过去燃烧掉的多余气体。她说,将其出售用于防止甲烷流失到大气中。

  “我们正在收集甲烷,我们正在清理它,它正在燃烧,”她说。“如果我们能完全采用电力和可再生太阳能或风能,那就太好了。我个人认为,这是能源转型之旅中的一步。”

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