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您冲入马桶的东西是浪费的能源吗？生活在拥有抽水马桶和自来水的国家的人们每天产生大量的废水。这种水，主要由于粪便，富含有机化合物，这些化合物在其化学键中储存了可用的能量。可以采用几种方法来收集它——例如，工程师可以通过厌氧（无氧）消化提取甲烷，或使用微生物燃料电池发电。
在过去的几年中，越来越多的研究集中在开发和改进这些方法上，因为利用污水发电可以帮助水处理厂产生足够的电力来满足自身的所有消耗——甚至可以作为目前供应不可靠的发展中国家的燃料来源。但是，未经处理的污水到底蕴含多少可用能量？这是1月5日发表在环境科学与技术杂志上的一项研究的作者提出的问题。他们的答案是：废水可能蕴含的能量比之前认为的要多得多。
伊丽莎白·海德里希是英国纽卡斯尔大学的博士生，也是这项新研究的主要作者，她研究微生物燃料电池——这种装置通过捕获细菌分解废水中的有机物时释放的电子来产生电流。当她准备她的博士研究项目时，她决定确定工程师可以指望废水提供多少能量。“这似乎是一个显而易见的问题，应该从这里开始，”她解释说——这就是为什么她惊讶地发现几乎没有人之前问过这个问题。
海德里希发现只有一项研究，发表于2004年，试图回答这个问题。作者测试了从多伦多处理厂收集的未经处理的城市污水样本，并使用量热法（测量热吸收和释放）计算出样本的内部化学能为每升6.3千焦耳。他们还将样品中发现的能量与化学需氧量（COD）相关联，化学需氧量是常用的溶解有机化合物的间接测量方法。基于这种相关性，他们估计，总的来说，2004年全球68亿人口产生的废水蕴含着持续的能源供应，大约在70到140吉瓦之间。（一座大型核电站产生约1吉瓦）。
但这项研究的结果——海德里希指出，这项研究在微生物燃料电池文献中被多次引用——是有问题的，她说。
在样品可以在量热仪中进行测试之前，必须将其干燥，在这种情况下，作者通过将其在加热至103摄氏度的烤箱中过夜来干燥样品。由于污水中发现的几种有机液体（包括甲醇、乙醇和甲酸）的沸点低于103度，海德里希说，“我只是觉得会有东西在这个温度下蒸发。” 这种损失意味着作者没有考虑到样品中包含的所有能量。
因此，她和她的同事收集了自己的样本——一个来自处理生活、家庭废水的工厂，另一个来自处理工业设施排放的化学“混合”废水的设施。他们没有使用烤箱，而是将样品冷冻干燥，然后在量热仪中进行测试。他们发现工业样品每升含有约16.8千焦耳，而生活样品含有7.6千焦耳——比之前的研究报告的生活样品多20%。也许更重要的是，考虑到废水样品的高度可变性，海德里希和她的同事发现，常用的COD测量实际上与能量含量无关，因此是一种不可靠的指标。作者报告说，如果他们依赖先前研究中使用的相同计算方法，他们只会发现每个样品中大约一半的能量。因此，较旧的估计很可能是一个“严重低估”。
海德里希的方法有其自身的局限性：冷冻干燥步骤需要数周时间，因此不能作为常规的测试方法来依赖。虽然该过程比烤箱干燥保留了更多的有机物，但它仍然会导致一些高能分子丢失。尽管如此，海德里希指出，这项研究的结果具有直接的现实意义。“我认为到目前为止，生活市政废水一直被视为你无法从中获得能量的东西，因此不值得付出努力。现在希望这种情况可能会改变，”她说。