太陽能技術將汙水汙泥轉化為綠色能源與動物飼料

新加坡南洋理工大學（NTU Singapore）的研究團隊開發出一項創新的太陽能技術，能將汙水處理過程中產生的汙泥轉化為綠色氫氣與單細胞蛋白，前者可用於清潔能源，後者則可作為動物飼料。這項研究成果發表於《Nature Water》期刊，不僅解決了廢棄物處理的難題，更為永續資源的生成提供了新途徑，符合NTU致力於應對氣候變遷與永續發展的目標。

根據聯合國預估，到2050年，全球城市人口將增加25億。隨著城市與工業的擴張，汙水汙泥的產量也隨之攀升。然而，由於其複雜的結構、成分以及含有重金屬與病原體等汙染物，汙泥的處理與處置一直是一大挑戰。聯合國人居署資料顯示，全球每年產生的汙水汙泥超過1億噸，且數量逐年增加。傳統的處理方式如焚燒或掩埋，不僅耗時且能源效率低，更會對環境造成汙染。

為解決這一難題，NTU研究團隊開發出一套三階段的太陽能處理流程，整合了機械、化學與生物技術。實驗結果顯示，這套方法比傳統的厭氧消化技術更為高效，不僅能回收更多資源，還能完全去除重金屬汙染物，同時減少環境足跡並提升經濟可行性。

研究團隊的負責人之一、NTU機械與航空工程學院（MAE）與能源研究所（ERI@N）的Li Hong副教授表示：「我們的方法將廢棄物轉化為有價值的資源，不僅減少了環境損害，更創造了可再生能源與永續食物。這正是迴圈經濟的典範，有助於實現更綠色的未來。」另一位共同負責人、NTU土木與環境工程學院（CEE）與南洋環境與水資源研究所（NEWRI）的Zhou Yan教授則強調：「我們的太陽能處理流程展示瞭如何同時應對多項挑戰，將難以處理的廢棄物轉化為清潔能源與營養豐富的蛋白質。透過整合機械、化學與生物技術，我們成功解決了汙染與資源短缺的問題，為汙水處理提供了新的永續策略。」

這套處理流程首先透過機械方式分解汙泥，接著以化學處理分離重金屬與有機物質，包括蛋白質與碳水化合物。隨後，太陽能電化學過程利用特殊電極將有機物質轉化為有價值的產品，例如食品與製藥產業的重要原料醋酸，以及清潔能源氫氣。最後，光活化細菌被引入處理後的液體中，將營養物質轉化為適合動物飼料的單細胞蛋白。

實驗室測試顯示，這套新方法能回收汙泥中91.4%的有機碳，並將63%的有機碳轉化為單細胞蛋白，且不產生有害副產品。相較之下，傳統的厭氧消化技術通常只能回收並轉化約50%的有機物質。此外，這套太陽能流程的能源效率達到10%，利用陽光每小時可產生高達13公升的氫氣，比傳統的氫氣生成方法節能約10%。

與傳統方法相比，NTU的流程減少了99.5%的碳排放與99.3%的能源消耗，並能完全去除汙泥中的有害重金屬，使其成為更環保的選擇。研究團隊的第一作者、MAE學院的研究員Zhao Hu博士表示：「我們希望這套方法能展示永續廢棄物管理的可行性，並改變人們對汙水汙泥的看法——從廢棄物轉變為支援清潔能源與永續食物生產的寶貴資源。」

儘管這項新技術前景看好，但研究團隊也指出，仍需進一步研究以確定其是否能夠大規模應用。其中一個關鍵挑戰在於電化學過程的成本，這需要完全分解有機物質並從廢棄物中提取所有重金屬。此外，為汙水處理設施設計一套複雜的系統也增加了難度。