fese | 前沿研究：廢水處理遇上人工光合作用：從太陽(yáng)能到綠色燃料生產(chǎn)、水修復(fù)及碳減排

原文信息

題目：

wastewater treatment meets artificial photosynthesis: solar to green fuel production, water remediation and carbon emission reduction

作者：

zhida li, lu lu (?)

作者單位：

harbin institute of technology, shenzhen, china

通訊作者郵箱：

lulu@hit.edu.cn

關(guān)鍵詞：

wastewater treatment (廢水處理)，

artificial photosynthesis (人工光合作用)，

microbial photoelectrochemical (mpec) system (微生物光電化學(xué)系統(tǒng))，

carbon neutral (碳中和)，

renewable energy (可再生能源)

文章亮點(diǎn)

? 降低能源利用和碳排放是廢水處理的迫切需要；

? mpec集成了太陽(yáng)能儲(chǔ)存和廢水有機(jī)物去除；

? 能源自我維持的mpec可以減輕化石碳的排放；

? mpec能夠利用可再生能源將二氧化碳轉(zhuǎn)化為可儲(chǔ)存的碳燃料；

? mpec將通過采用一種新型的氧化反應(yīng)來激發(fā)光電化學(xué)反應(yīng)。

文章簡(jiǎn)介

溫室氣體(ghg)排放與全球氣候變化之間的聯(lián)系激發(fā)了世界范圍內(nèi)尋找可持續(xù)發(fā)展模式的興趣。目前，廢水處理(wwt)是一種能源密集和重碳排放工業(yè)。發(fā)展碳中和的wwt方法是非常必要的。作為最大的發(fā)展中國(guó)家，中國(guó)占全球二氧化碳總排放量的28%，并在2020年承諾，其碳排放量將努力在2030年達(dá)到峰值，到2060年達(dá)到碳中和。為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，中國(guó)幾乎所有與碳排放相關(guān)的產(chǎn)業(yè)在政策和技術(shù)上都在發(fā)生范式轉(zhuǎn)變。而碳中和的wwt在中國(guó)仍處于孵化階段，但正成為一個(gè)熱門話題。在收集廢水中儲(chǔ)存的能源的同時(shí)，尋找化石燃料的清潔替代品，是進(jìn)入wwt的碳中和階段的一條有效途徑。

太陽(yáng)能被認(rèn)為是解決能源危機(jī)和氣候變化的最終解決方案之一。然而，它的間歇性使其對(duì)滿足人類24小時(shí)的能源需求具有挑戰(zhàn)性。雖然通過傳統(tǒng)的人工光合作用(aps)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為可儲(chǔ)存的燃料可以解決上述問題，但大多數(shù)實(shí)際的aps情況仍然需要外部電壓輸入。微生物光電化學(xué)(mpec)系統(tǒng)是一種新興的混合aps，它將微生物電化學(xué)氧化和光電化學(xué)還原相結(jié)合，由于其在解決環(huán)境和能源問題方面的潛力而受到越來越多的關(guān)注。

本綜述強(qiáng)調(diào)了在wwt期間實(shí)現(xiàn)能源回收對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的意義，闡明了mpec的工作原理及其與傳統(tǒng)aps相比的優(yōu)勢(shì)，并討論了其在實(shí)現(xiàn)能源自維持wwt、碳捕獲和太陽(yáng)能燃料生產(chǎn)方面的潛力，同時(shí)提供了一種利用廢水中幾種常見有機(jī)物分析mpec中的能量和碳通量來判斷碳利潤(rùn)的策略。

實(shí)際應(yīng)用mpec系統(tǒng)仍存在一些挑戰(zhàn)：如微生物和陽(yáng)極界面上的緩慢電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)，由于內(nèi)阻而造成的能量損失，以及半導(dǎo)體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，需要進(jìn)一步研究克服。作者認(rèn)為mpec將在解決能源和環(huán)境問題發(fā)揮更大的作用。

圖1 文章摘要圖

編委點(diǎn)評(píng)

目前的廢水處理(wwt)是能源密集型的，并導(dǎo)致大量的二氧化碳排放。在中國(guó)“雙碳”目標(biāo)的大背景下，將微生物電化學(xué)wwt與人工光合作用(aps)相結(jié)合的混合微生物光電化學(xué)(mpec)系統(tǒng)成為一種同時(shí)解決水-能-碳挑戰(zhàn)的很有前途的方法。本綜述明確了mpec的現(xiàn)實(shí)意義和優(yōu)勢(shì)，討論了其在實(shí)現(xiàn)綠色燃料生產(chǎn)及碳減排方面的潛力，并提供一種判斷碳利潤(rùn)的策略。本綜述能幫助讀者更充分的了解mpec的應(yīng)用需求與前景。

編者|徐雙

點(diǎn)評(píng)|李陽(yáng)

致謝

李陽(yáng)，北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授，中國(guó)科協(xié)“青年人才托舉工程”入選者，fese青年編委。研究方向?yàn)樗行挛廴疚锏倪w移轉(zhuǎn)化，主持重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題和國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等8項(xiàng)，在acs nano, environ. sci. technol. 和water res.等雜志發(fā)表sci論文70余篇。esi高被引論文7篇。個(gè)人主頁(yè)：

http://envfaculty.bnu.edu.cn/public/htm/news/5/15.html

徐雙，女，27歲，北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院2021級(jí)環(huán)境科學(xué)專業(yè)博士生，導(dǎo)師為李陽(yáng)教授，研究方向?yàn)榧{米材料的遷移轉(zhuǎn)化與生態(tài)效應(yīng)。

責(zé)任編輯：施惠文

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