啤酒厂和电池厂的独特组合——废水也可以用来储能

最近，科罗拉多大学波尔得分校的工程师们成功开发了一种新型生物制造工艺，通过利用啤酒废水中培养的生物有机物来生产制造电池电极所需的碳基材料。

啤酒厂和电池制造厂的独特组合开创了一种全新的双赢模式。一方面，啤酒厂可以省去处理废水的巨额费用；另一方面，这为电池制造商提供了一种简单可行的方法，利用可再生的自然衍生物来生产电池电极。

泰勒·哈金斯（Tyler Huggins）是科罗拉多大学波尔得分校的毕业生，他是这一研究的主要负责人。他说：“啤酒厂每生产1升啤酒，就会产生7升废水。这些废水不能直接倾倒，需要额外的净化过程。”

将生物材料或生物质（例如木材）转化为碳基电池电极，已经应用于一些能源工业部门。但是，天然的生物质因为其有限的产量，提取过程中的损耗和化学组分的限制，使得它非常昂贵并且难以优化。

不过，科罗拉多大学波尔得分校的研究人员利用一种高效率的生物转化系统来生产这种原本结构复杂、成分独特的生物质。这一生物系统的核心是一种可以快速生长的真菌（粗糙链孢霉，Neurosporacrassa），而培育这种真菌的富糖废水正好来自同样快速增长的科罗拉多产业---啤酒厂。

哈金斯说：“啤酒厂的废水是我们实验用真菌的完美繁殖场所，我们可谓乐享其成。”

通过在废水中培养原料，研究人员从一开始就很好地控制了真菌繁衍的化学和物理过程。因此，他们成功创造了迄今为止最高效的由自然过程而产生的锂离子电池电极，并且在生产过程中“顺便”净化了啤酒厂废水。

有关这项研究的论文近日发表在了美国化学会《Applied Materials & Interfaces》期刊上。

如果这项研究的规模进一步扩大，啤酒厂可以极大减少处理市政污水的费用，电池制造商也可以轻松获得培育真菌所需的良好介质。

科罗拉多大学波尔得分校的副教授任志勇（音译Zhiyong Jason Ren）是该研究的共同作者，他说：“这项研究的新颖之处在于，成功地将之前自上而下的制备方法改变为目前自下而上的方式。我们从一开始就设计并控制真菌的各种生物特性。”

哈金斯和该研究的另外一名共同作者贾斯汀·怀特利（Justin Whiteley）已经为该技术申请了专利，并且成立了一家依托于科罗拉多大学、名叫Emergy的初创企业，以进一步发展该技术。

哈金斯表示，这一生物系统具有大规模应用的潜力，因为在整个过程中并没有引进新的设备或者材料。

研究人员和波尔德当地的Avery Brewing啤酒厂建立了合作关系，希望开发该技术的试点项目。哈金斯和怀特利也于近日参加了美国能源部在芝加哥举办的创业孵化竞赛。

任志勇表示，他将继续这一研究，探索废水中真菌快速生长的机理和性质。他说：“这项研究代表了科罗拉多大学波尔得分校的企业家精神。我很高兴看到学生们开发的这一革命性技术。能源存储是科罗拉多州和美国的一大机会。”

编辑：梁博深

参考：http://phys.org/news/2016-10-brewery-wastewater-energy-storage.html

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