前沿研究：燃料电池技术对地下水中甲烷的开发利用

使用燃料电池作为水处理运行能量，可提供一条创造价值的引力之路。一项新分析显示，需对用于饮用的地下水进行处理，以去除甲烷。

转向水处理产能技术

人们正在探索燃料电池技术，以作为汲取地下水并处理的新方法。

甲烷在地下水中常常可以被发现，因此，甲烷作为水处理工艺的一部分必须被去除，以便后续使用。

尽管从污水处理获取甲烷用于内燃机的技术早已应用，但是，使用高含量甲烷导致相对较低的效率已经不得不另寻其它替代方法。

荷兰一项案例研究正在证明，从地下水中获取甲烷可用于固体氧化物燃料电池(SOFC)。

位于荷兰Spannenburg的一座饮用水处理厂采用真空塔回收了地下水中的甲烷，其质量浓度高达45 mg CH₄/L。

真空塔充满活性炭，用于分离从回收气体中去除微量硫化氢，而被提质的气体则用来从甲烷中分离氢，以用于电化学燃料电池。

进一步加工气体，包括纯化、改性等工艺是必要的，以运行固体氧化物燃料电池，并防止硫化物损害。尽管如此，示范工程已证明这一方法是可行的。

根据这项研究，从Spannenburg项目中回收的甲烷量足以运行一个915kW固体氧化物燃料电池系统，这为该厂提供了多于1/2的电力，使总温室气体排放量减少了17.6％，即，减少了约1794 t CO₂。

一种重要的温室气体

甲烷主要源于细菌、有机物分解或天然气沉积，是一种重要的温室气体。

甲烷一旦从水中分离，简单通风排放或烧掉则意味着水处理厂可能变成一种温室气体的巨大贡献者。

虽然地下水中甲烷仅占总英国甲烷总排放量的0.05%，但根据英国地质调查数据，若要避免灾难性温室效应，所有温室气体排放都必须计入。

深入研究燃料电池技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）技术对使用燃料具有灵活性，且电转化效率高达60%，几乎是传统内燃机的两倍。

也有利用从污水处理中获取甲烷或其它物质用于燃料电池的尝试。

例如，微生物燃料电池（MFCs）已经被报道可以用来处理污水中污染物并产能和产生其它有用物质。基于细菌，微生物燃料电池可以从富含有机物的废水中产生电，如同在饮用水处理厂看到的一样。

根据一份报告和数据分析，到2026年，全球微生物燃料电池市场预计将达到1950万美元，主要是源于人们对清洁水的需求。尽管数字不是很大，但燃料电池技术对水处理领域的影响巨大。

一种巨大机遇

英国Adelan燃料电池公司首席执行官（CEO）Michaela Kendall博士解释道，“燃料电池代表的高效、清洁电化学技术意味着一种巨大机遇，它可以通过有效利用原材料来改善污水处理行业的可持续性，就像上面提到的水处理一样。

在受Aquatech 在线采访时，她说：“这项工艺不仅可以用来改善水质，还可以利用处理工艺来提供清洁能源以及其它潜在资源。”

Adelan燃料微管固体氧化物电池还可以基于污水工作，而无需改变污水性质。

她总结说：“随着新燃料电池技术出现和产量激增，预计燃料电池价格快速下降已成定局，使这项技术成为水处理工艺回收能源的明智之选。”

虽然燃料电池技术在水处理领域应用还处于初期阶段，但是越来越多证据表明它具有巨大的优势。

广泛应用燃料电池技术将会使水处理行业符合环境友好性要求，且能同时提高水处理的经济性。

编译：赵梓丞  郝晓地

编辑：衣春敏 

制作：文   凯

审核：李德强