NTU 的太陽能工藝將污水污泥轉化為清潔能源和動物飼料，減少廢物和碳排放，同時提高資源回收率

新加坡南洋理工大學 （NTU Singapore）的科學家們開發了一種開創性的太陽能工藝，將污水污泥（廢水處理的副產品）轉化為用于清潔能源的綠色氫氣和用于動物飼料的單細胞蛋白。

這種創新的污泥轉化為食物和燃料的方法發表在《自然水》雜志上，它解決了兩個關鍵的全球挑戰：廢物管理和可持續資源生產。這與 NTU 對解決氣候變化和環境可持續性等重大問題的承諾相一致。

根據聯合國的數據，到 2050 年，全球城市人口預計將增長 25 億人。這種快速的城市化，加上工業擴張，將導致污水污泥產量的顯著增加。由于其成分復雜，包括重金屬、病原體和其他污染物，因此管理這些廢物尤其具有挑戰性。

根據聯合國人居署的數據，全球每年產生超過1億噸污水污泥，而且這個數字每年都在增加。然而，常見的處置方法（如焚燒或填埋）耗時、能源效率低下，并且會導致環境污染。

為了解決不需要和難以處理的污水污泥問題，南洋理工大學的研究人員創造了一個集成了機械、化學和生物技術的三步太陽能工藝。

新加坡南洋理工大學的研究人員

概念驗證測試表明，NTU 團隊的工藝比厭氧消化等傳統技術更有效，厭氧消化通過厭氧消化，細菌分解有機廢物以產生沼氣和營養豐富的殘留物。它回收的資源明顯更多，完全去除重金屬污染物，對環境的影響更小，并提供更好的經濟可行性。

來自南洋理工大學機械與航空航天工程學院 （MAE） 和能源研究所 的首席研究員李洪副教授說：“這一方法將廢物轉化為有價值的資源，減少對環境的破壞，同時創造可再生能源和可持續食品。這是循環經濟的典范，并為更綠色的未來做出了貢獻。”

學土木與環境工程學院 （CEE） 和南洋環境與水研究所 （NEWRI） 的聯合首席研究員周 Yan 教授說：“太陽能工藝展示了我們如何同時應對多種挑戰，將困難的廢物轉化為清潔能源和營養蛋白質。通過整合機械、化學和生物方法，我們的方法成功地解決了污染和資源稀缺問題，為廢水管理提供了一種新的可持續策略。

南洋理工大學的三步流程

該過程從機械分解污水污泥開始。化學處理將有害的重金屬與有機物質（包括蛋白質和碳水化合物）分離出來。

接下來，太陽能電化學工藝使用專用電極將有機材料轉化為有價值的產品，例如乙酸（食品和制藥行業的關鍵成分）和氫氣（一種清潔能源）。

最后，將光活化細菌引入加工后的液體流中。這些細菌將營養物質轉化為適合動物飼料的單細胞蛋白質。

環保、經濟高效且可擴展

實驗室測試表明，新方法可以回收污水污泥中 91.4% 的有機碳，并將 63% 的有機碳轉化為單細胞蛋白質，而不會產生有害的副產品。相比之下，傳統的厭氧消化通常可以回收和轉化污水污泥中約 50% 的有機物質。

太陽能工藝的能源效率為 10%，利用陽光每小時產生高達 13 升的氫氣，這比傳統的制氫方法的能源效率高出約 10%。

與傳統方法相比，NTU 流程減少了 99.5% 的碳排放量和 99.3% 的能源使用。它還消除了污泥中的有害重金屬，否則這些重金屬會在沒有適當處理的情況下被丟棄，使該工藝成為一種環保的選擇。

研究團隊希望將提出的方法能展示可持續管理廢物的可行性，并改變人們對污水污泥的看法——從廢物到支持清潔能源和可持續食品生產的寶貴資源。

NTU 研究團隊補充說，雖然新開發的工藝前景廣闊，但需要更多的研究來確定它是否可以擴大規模。一個關鍵挑戰是使用電化學工藝完全分解有機材料并從廢物中提取所有重金屬的成本。此外，為廢水處理設施設計復雜的系統是挑戰之一。