粪便尿液毫无用途?如果尿液能充电、大便能发电呢

出品|网易科学人栏目组 惜辰

据BBC网站报道，尿液、粪便和卫生用品废弃物臭不可闻，却有望成为21世纪的新型绿色燃料，促进全世界卫生状况的改善。

人类的排泄物若未经处理，可能会污染水源、河流和沿海地区。饮用水不洁净和厕所状况有待改善是发展中地区面临的一个严峻问题。更发达的地区则需要大量的能源处理废水，以保障用水安全。

一些研究者让我们改观了。人类的排泄物拥有成为珍贵商品的潜力。

一些富有创造力的工程师正在研究如何把人类的排泄物变成家庭照明能源或汽车动力。让我们看看这是如何实现的。

微生物助力，尿液变电力

西英格兰大学的研究人员已打造出一种微生物燃料电池，可在细菌的帮助下将尿液转化为电力。这种电力可用于为小房间照明、为小型电子设备充电等任务。

燃料电池的独特之处在于，它们含有细菌。而这类细菌通常在海洋船舶和石油钻塔的金属底部生长。这种电池中，细菌在电极上生长，并以尿液中的有机物质为食，当尿液流经这些细菌时，会产生一小股电流。

（2015年至2017年期间，研究人员已设法减少微生物燃料电池的尺寸，同时提升效率。）

西英格兰大学的教授扬尼斯?耶罗普洛斯（Ioannis Ieropoulos）表示，“这项技术不仅可以净化废水、改善卫生条件，同时又能发电。”他也是布里斯托生物能源中心的主任，也是该研究项目的领导者。

研究者已使用这种以尿液动力电池为智能手机充电，不过充满电大约需要64小时。这些电池可产生近1安的电流以及3伏左右的电压。但耶罗普洛斯认为，通过调整材料和工艺，可以进一步提高该电池的功率。

对于卫生状况堪忧和电力未普及的某些地区，这种技术有望产生巨大的影响。目前全球超过25亿人无法享受安全的卫生条件，12亿人无电可用。今年7月，该研究团队在乌干达的一所女子学校安装了这种微生物燃料电池组，为厕所和校内的一条通道提供照明。

（在乌干达偏远地区的一所女子学校，细菌正为厕所提供照明。）

（来自厕所的管道通往放置微生物燃料电池组的建筑物中。）

该技术也可以在发达国家得到应用。

他指出，“每时每刻世界各地的下水道都排放着大量的废水。这是该技术的最大潜力，如果我们把电池安装在尽可能接近废水源头的地方，就可以产生供家用电器使用的电力，并减轻废水处理厂的工作量。”

粪便变废为宝

人类的粪便有望为微生物燃料电池所用。耶罗普洛斯正通过比尔及梅林达?盖茨基金会与美国研究人员展开合作。该基金会他们正开发一些技术，把固体粪便转化可流经燃料电池的污泥。

耶罗普洛斯说：“我们已在电池中测试这种粪便污泥。污泥中养料更丰富，因此可以产生更多的电力。”

在英国布里斯托尔，韦塞克斯水供（Wessex Water）在污水处理厂中安装了沼气厂，每天可把原污水转化为5600万升生物甲烷。

根据总部位于日本的联合国大学的一份报告，如果所有人类粪便都转化为沼气，可为1.38亿户家庭提供电力。

在城镇和城市下方的下水道中，还有一些令人厌恶的东西可以派上用场。

巨型油脂块化身生物柴油

全球几乎每个城市中，固体废物积聚起来，成为堵塞下水道的大胖子。这种固体废物由由冲下厕所的油脂和个人卫生用品凝固而成。

上个月在伦敦怀特查佩尔一条下水道发现的油脂块是目前已发现并被公开的尺寸最大的油脂块之一。它长250米，是温布利球场长度的两倍，重达130吨。工作人员花了近三周的时间才把它清理掉。但油脂块并没有被扔进垃圾填埋场。一个创新型加工厂把它转变为1万升生物柴油中，这些生物柴油可为公共汽车和卡车所用。

（在下水道中，一名污水干管技术员手里拿着一块固体油脂块。）

这家工厂由位于英国北部柴郡的阿金特能源公司（Argent Energy）经营。该厂开发的技术能够把恶臭而肮脏的油脂块转变为清洁燃料，该技术可过滤污物、利用酯酶反应（esteriesterification）改变脂肪的化学性质，接着进行蒸馏。所得燃料与普通柴油混合后可用于标准柴油发动机。

（堵塞下水道的肮脏的油脂可转变为干净的生物柴油。）

据阿金特能源的开发总监迪肯?波斯奈特（Dickon Posnett）解释，“这些东西堵塞了下水道，但含有大量可转变成燃料的物质。”波斯奈特估计，每年从英国下水道和水处理厂中抽出的油脂有30万吨至40万吨之多。五年内，纽约处理油脂堵塞的费用高达1800万美元。

目前，阿金特能源的加工厂每周从英国伯明翰市的一家处理厂获得大约30吨的下水道脂肪，可生产大约2000升燃料。但波斯奈特认为，该工厂全面投产后，每年可生产多达9000万升生物柴油。

这家工厂能够处理的不仅限于油脂块。

“工厂可以处理各种高度降解的脂肪和油脂，”波斯奈特表示，“因此还可以处理变质腐臭的蛋黄酱或汤。”

以粪便为食 黑水虻幼虫被压榨成饲料

位于开普敦的AgriProtei公司处理食物废物的方式更加不寻常。该公司养殖以废弃食物为食的黑水虻幼虫，再把它们脱水压榨，从中提取养料丰富的油状物。这种油状物可供家畜食用，是一种环保型饲料。

（AgriProtein的创始人詹森?J?德鲁站在黑水虻培育工厂中，这个工厂每天可生产90吨至100吨蛋白质。）

AgriProtein已在南非设立了一家工业规模的工厂来处理食品废物，但现在这些处理方法也适用于人类粪便。

生物循环公司（BioCycle）正使用AgriProtei的饲料来处理人类粪便。该公司的主管马克?刘易斯（Marc Lewis）表示：“苍蝇喜欢人类粪便。”生物循环公司在南非德班设立了一家试点加工厂，从南非夸祖鲁-纳塔尔省的8万个厕所中收集了3吨粪便污泥。

黑水虻幼虫被植入污泥中，13天后幼虫被收集处理成饲料。刘易斯预计，当工厂完全投入使用时，每周可制造多达940升的油状燃料。除了作为燃料出售，这种油还拥有其他用途。它富含月桂酸，月桂酸是一种常见于椰子油的化合物，通常用于肥皂和润肤霜中。

刘易斯还认为，把粪便变废为宝拥有很大的发展前景。

他说，“随着研究的进一步深入，我们可把工业知识应用到其他危险废物中。”这些废物包括肉类加工厂的动物粪便或剩余饲料。如何处理这些废物正成为全球面临的一大问题。

多亏科技的进步，最令人不快的东西却有望为构筑更美好未来贡献一份力。