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尿尿真的可以發電嗎?

雷雅淇 / y編_96
・2014/11/23 ・2152字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

全世界超過十億的人口在現在仍然無法獲得基本的電力。尿液發電的技術會成為這個難題的解答嗎?

Science Photo Library
圖片來源-Science Photo Library

現今地球人口超過七十億,這表示每天有105億公升的尿液被生產,嗯……也可以說是被浪費。這樣的尿液量相當於4,200個奧運規格的游泳池,但我想你不會想在裡面游泳。而現在有些科學家想用他們的方法讓這些人類廢棄物不會再被浪費了,再也不。

全球大約有七分之一的人口無法獲得基本的電力,而石油供應不斷下滑,火力發電又會增加溫室氣體,科學家們無不致力於尋找可以再生以及提供更多電力的發電方法。或許不太可能發電的來源會是解決這樣困境的答案,像是剛剛提到的那4200個游泳池的尿液。

英國的布里斯托機器人實驗室在去年就用尿液發電供應了手機的電力。他們的設備利用的是微生物燃料電池(microbial fuel cells, MFCs),可以讓智慧型手機上網、打字,以及進行簡短的通話。而且他們相信,士別三日後,這樣的尿液發電系統最終可以供給一整個房屋或是大樓的電量,甚至是讓一整個村莊有獨立的蓄電系統。

用尿液發電驅動智慧型手機。 圖片來源-布里斯托機器人實驗室
用尿液發電驅動智慧型手機。
圖片來源-布里斯托機器人實驗室

微生物燃料電池的本質是一個能量轉換器,它使用自然界中發現可以分解有機物的細菌,而這樣的細菌能進而產生會被轉換成能量的電子。這會是一個具有自我更新能力的系統,因為越多的廢棄物給微生物分解就會產生越多的能量。

而且微生物燃料電池也是目前能將廢棄物最有效轉化成能源的方法之一。

據Sanergy的聯合創辦人Ani Vallabhaneni表示,如果想在肯亞的貧民窟把人類的廢棄物轉換成能量和肥料,若像是一般的沼氣池將大部分的廢物轉化成甲烷氣體的話,能量捕捉效率大約是 35%;而微生物燃料電池則可以將效率大大提升到85% 。

其實關於微生物燃料電池的研究早就不是什麼新鮮事, 在1960年代,NASA就開始研究使用稻穀的微生物燃料電池;而在2000年以後,這一個領域更是蓬勃發展,相關的研究簡直多到快炸掉,也讓再生能源有更多的可能性。

布里斯托尿液發電手機充電器背後的主要研究人員oannis Ieropoulos和他的研究團隊,自2002年以來一直致力於這項技術改良,而他們最近有了新的突破。

在微生物燃料電池領域的其他科學家大都致力於提高單一電池的效率,以便能產生更多的電。而布里斯托的團隊的做法是把許多小規模的微生物燃料電池串在一起。以獲得更多的電量。

當然微生物燃料電池是很有前途的,但它卻不是能讓尿液產生能量的唯一方式。

尿液的組成份大約是98%的水和 2%尿素,而尿素又是由碳、氫、氧、氮等元素組成。俄亥俄大學的研究員Gerardine Botte,最近在開發一個喚名為「綠盒子」的裝置, 它可以利用電解的方式將尿素分裂成氫原子和氧原子,然後捕獲到的氫就可以被利用來產生能量;而氮也可以被用於人造肥料。

微生物燃料電池系統是很單純的讓自然界的細菌產生新的電力,但綠盒子的產電過程中仍需要有恆定的電力來源去分裂尿素才能產生氫。所以綠盒子最重要的貢獻並不是在能產生新的能量,而是可以在處理廢棄物的過程當中將能量回收。這樣的裝置可以設置在汙水處理廠中,回收的能量可以再用做處理汙水之用。

說了那麼多,都覺得口渴了,所以尿尿真的能成為未來的能量來源嗎?

事情絕對沒有那麼簡單,前方還有難關要過;目前最大的障礙是成本、規模和產量。若能在商業的規模下,這些系統若真的應用於污水處理廠,便可以透過處理尿液得到的能量又再反饋到系統以節省巨大的能源成本。但對於讓一般家庭或是辦公室使用的小規模,這樣的系統仍無法產生足夠的電力去打消空間以及金錢的花費成本。

當然對於極需能源以及乾淨水的地方來說又是另外一回事了。

研究人員估計,如果在2500人的村子安裝一個一立方米的微生物燃料電池系統,透過尿液不斷經過盒子,大概可以產生約500瓦的恆定電流。這相當於每天有12千瓦小時的能量,足夠讓一個50瓦的燈泡照明240小時。

利用尿液發電的微生物燃料電效率比一般沼氣池把廢棄物轉化為甲烷來的效率高。 圖片來源-Sanergy
利用尿液發電的微生物燃料電效率比一般沼氣池把廢棄物轉化為甲烷來的效率高。
圖片來源-Sanergy

而這樣一套系統的成本大約在5000~10000美元。雖然有點昂貴,恩……好吧好像不只有點,但它可以使用很長的時間,因為這些微生物可以在內部自我更新。只要能給細菌廢水,他們就可以快快樂樂的過生活,還能產生能量,真是可喜可賀可喜可賀啊。相比同樣是再生能源的太陽能板可以提供更多的電力,但他們並不能持久,或者可以清理污水。

布里斯托機器人實驗室的研究人員也還在努力讓它的售價能更平易近人。尿液發電手機充電器的原型只需要幾百英鎊,但他們希望能創造可以用在地材料製成更便宜的機型,讓這項技術能用在世界各個地方。

畢竟必須面對現實的是,儘管這樣的想法很好,但如果技術不能突破也沒辦法被應用在貧窮的國家。我們也不能指望每一個村莊都能有裝配一個化學工程師,這又不是在玩RPG每個村莊一定有打鐵舖跟藥商,所以這樣的系統還必須要具有簡單、堅固、壽命長,並且會自我回報錯誤的機制。

或許以後不管是在叢林或是草原或其他的地方徜徉在大自然,也能隨時幫手機充電,只要偷偷躲到草叢尿尿就好了。

參考資料:

  1.  Jonathan Kalan. Is pee-power really possible?  BBC News[12 March, 2014]


 

文章難易度
雷雅淇 / y編_96
36 篇文章 ・ 611 位粉絲
PanSci 總編輯|之前是主編,代號是(y.),是會在每年4、7、10、1月密切追新番的那種宅。中興生技學程畢業,台師大科教所沒畢業,對科學花心的這個也喜歡那個也愛,彷徨地不知道該追誰,索性決定要不見笑的通吃,因此正在科學傳播裡打怪練功衝裝備。


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回到大正 13 年的臺北!認識植物採集人的日常——《採集人的野帳 第二集》

蓋亞文化_96
・2022/01/23 ・1642字 ・閱讀時間約 3 分鐘

由蓋亞文化出版,臺灣首部植物採集漫畫續作《採集人的野帳 第二集》於 12 月 15 日上市,本書描繪大正 13 年植物採集人的日常,由漫畫家英張構思取材並汲取台北植物園研究史料,帶領讀者重溫臺灣原生植物發掘的黃金年代。

採集人的理想與堅持

《採集人的野帳》故事描述大稻埕藥草堂獨子涼山意外將植物學者上山採集的標本燒毀,於是被父親送到植物園勞動抵債。從採集、鑑定到研究、紀錄,讀者將逐步了解植物標本的製程,同時也將隨著劇情推進經歷各種事件,如於山區採集期間誤闖私種罌粟並自製生阿片販賣的山賊村、於颱風天時追捕在蘭花溫室行竊的小偷、於基隆採集時見證當地腦寮的興衰。此外本系列也揭露各種植物的神秘面紗,從死而復生的萬年松、能預測未來的颱風草,到被視為不祥之兆的竹子花等等,讀者將踏上百年前的植物旅路,探索採集人的足跡與精神。

國立臺灣博物館.jpg
總督府博物館(現稱為國立臺灣博物館),是日治時期重要的植物標本典藏設施。圖/WIKIPEDIA

穿梭古今,還原歷史

注重漫畫娛樂性的同時,《採集人的野帳》為了能正確傳達知識,每一個環節都有林試所學者專業監修,上至植物名稱下至葉片形狀、長度、分布等細節,都有層層的把關與考據,力求能修改成最完美、最還原的植物樣貌。此外本書也重現了大正時期植物園與博物館的樣貌,從植物園蘭花溫室到臺灣總督府博物館 (今國立臺灣博物館) 都參考了當代照片,並由作者英張還原時代背景下的種種細節。

植株細節特徵修正前後對比圖。圖/蓋亞文化 提供

植物串起的羈絆與成長

《採集人的野帳》除了是一部職人漫畫,同時也是部青春成長的故事,個性看似幼稚急躁的藥草堂獨子涼山,卻熟知植物種類並以其獨特藥性來幫助別人,與父親的衝突以及對於繼承藥草堂的排斥更是源於一段悲傷的過往;看似成熟可靠的松尾做事拼搏努力,背後也有著他的苦衷;而從山賊村逃出、缺乏山下生活常識的霧草,透過涼山與松尾的教導和幫助才能融入大家。

本集內容更深入描寫了採集人的日常和植物園腊葉館眾人的羈絆,帶領讀者探索採集人的足跡與精神,重溫台灣原生植物研究蓬勃時期。

▲博物館館長介紹植物學家川上民彌 ( 致敬川上瀧彌 )。圖/蓋亞文化 提供

▲作者英張參考老照片繪製的蘭花溫室,潮濕的痕跡還原日治時期的排水降溫法。圖/蓋亞文化 提供

▲涼山運用對植物藥性的了解救人。圖/蓋亞文化 提供

▲因泡水而恢復生機的萬年松。圖/蓋亞文化 提供

▲在基隆加工樟腦的「腦寮」附近,佐佐木先生科普樟腦的知識,樟腦加工後可以製成火藥、藥物以及用途廣泛的賽璐珞。圖/蓋亞文化 提供

▲因為竹子的開花週期長,加上竹林可能為同一株竹子長成,所以會同時開花,在當時這少見的景象被人們視為凶兆。圖/蓋亞文化 提供

——本文摘自《採集人的野帳 第二集》/ 英張,2021 年 12 月,蓋亞


 

蓋亞文化_96
141 篇文章 ・ 21 位粉絲
蓋亞文化,記憶與想像的國度。成立於2001年,致力於挖掘、出版台灣與香港、中國的華文原創作品,同時也譯介歐美日韓書籍。 2009年起,新增圖文漫畫品牌(原動力出版),透過圖像說故事,累積原創漫畫能量。 不論是文字作品或圖文漫畫,我們期許透過精準選書與合宜的編輯行銷,提供讀者多元題材的閱讀樂趣, 在作者與讀者,個人與社會,這個世界與其他世界之間,扮演文化傳遞者的角色。