新加坡南洋理工大學的科學家開發了一種突破性的太陽能工藝，可以將污水處理的副產品污水污泥轉化為綠氫，用於清潔能源、提取單細胞蛋白以及製造動物飼料。這種創新的污泥轉化為食物和燃料的方法發表在《自然水》雜誌上，解決了兩個關鍵的全球挑戰：廢棄物管理和永續資源生產。這也符合南洋理工大學致力於解決氣候變遷和環境永續性等重大議題的承諾。

利用南洋理工大學研究團隊提出的方法，從污水污泥中提取出可用於動物飼料的單細胞蛋白質。圖片來源：南洋理工大學

根據聯合國估計，到2050 年，全球城市人口預計將增加25 億。快速的都市化加上工業擴張將導致污水污泥產量大幅增加。由於污泥成分複雜，包括重金屬、病原體和其他污染物，管理這些污泥尤其具有挑戰性。

根據聯合國人居署統計，全球每年產生超過1億噸污水污泥，數量逐年增加。然而，焚燒或掩埋等常見處理方法既耗時又耗能，還會造成環境污染。

為了解決不必要且難以處理的污水污泥問題，南洋理工大學的研究人員創建了一個整合機械、化學和生物技術的三步驟太陽能製程。

(LR) 利用太陽能將污水污泥轉化為綠色氫氣和動物飼料的NTU 研究團隊包括機械與航空航天工程學院(MAE) 和NTU 能源研究所(ERI@N) 的李宏副教授、土木與環境工程學院(CEE) 和南洋環境與水研究所(NEWRI) 的周岩教授，以及MAE 學院研究員。圖片來源：新加坡南洋理工大學

概念驗證測試表明，南洋理工大學團隊的工藝比厭氧消化等傳統技術更有效率。厭氧消化利用細菌分解有機廢物，產生沼氣和營養豐富的殘渣。此製程可回收更多資源，完全去除重金屬污染物，對環境的影響更小，經濟可行性更高。

首席研究員、南洋理工大學機械與航空航天工程學院(MAE) 和南洋理工大學能源研究所(ERI@N) 副教授李宏表示：“我們的方法將廢物轉化為寶貴的資源，在創造可再生能源和可持續食品的同時減少環境破壞。這體現了循環經濟，並為更綠色的未來做出了貢獻。”

聯合首席研究員、南洋理工大學土木與環境工程學院(CEE) 和南洋環境與水資源研究所(NEWRI) 的周岩教授表示：「我們的太陽能工藝展示了我們如何同時應對多項挑戰，將難以處理的廢棄物轉化為清潔能源和營養蛋白質。透過整合機械、化學和生物方法，我們的方法成功解決了污染和資源短缺，為新的廢棄物管理策略提供了一種新的水系統戰略問題。

這個過程首先會用機械方法分解污水污泥，然後透過化學處理將有害重金屬從有機物質（包括蛋白質和碳水化合物）中分離出來。

接下來，太陽能電化學過程使用專門的電極將有機材料轉化為有價值的產品，例如食品和製藥行業的關鍵成分乙酸和清潔能源氫氣。

最後，將光激活細菌引入經過處理的液體流中。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。

實驗室測試表明，新方法可回收污泥中91.4% 的有機碳，並將63% 的有機碳轉化為單細胞蛋白質，不會產生有害副產品。相較之下，傳統的厭氧消化通常只能回收和轉化污泥中約50% 的有機物質。

太陽能發電過程的能源效率達到10%，利用陽光每小時可產生多達13 公升的氫氣，比傳統的氫氣生成方法能源效率高出約10%。

與傳統方法相比，NTU 製程可減少99.5% 的碳排放和99.3% 的能源消耗。此製程還可去除污泥中的有害重金屬，否則污泥將未經適當處理就被丟棄，因此該製程是環保選擇。

第一作者、莫斯科國立工程學院研究員趙虎博士表示：“我們希望我們提出的方法能夠展示可持續管理廢物的可行性，並改變人們對污水污泥的看法——從廢物轉變為支持清潔能源和可持續糧食生產的寶貴資源。”

NTU 研究團隊補充說，雖然新開發的流程很有前景，但還需要進行更多研究來確定是否可以擴大規模。一個關鍵挑戰是使用電化學過程完全分解有機物並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一個複雜的系統也增加了難度。

編譯自/ ScitechDaily