除了生產(chǎn)肥料，該系統(tǒng)還能提高廢水排放或灌溉再利用的安全性，解決中低收入國家的衛(wèi)生問題。

斯坦福大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種利用太陽能將人類尿液轉(zhuǎn)化為肥料的系統(tǒng)。該原型為資源有限地區(qū)的衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)和能源生產(chǎn)提供了可持續(xù)的解決方案。

系統(tǒng)通過太陽能驅(qū)動(dòng)的電化學(xué)反應(yīng)室從尿液中分離氨，隨后將其捕獲為常見肥料硫酸銨。通過回收太陽能電池板的廢熱，該過程不僅加速反應(yīng)并提升效率，還能為電池板降溫以提高其發(fā)電性能。

該研究的資深作者、斯坦福大學(xué)化學(xué)工程助理教授威廉·塔佩指出，該項(xiàng)目核心在于"變廢為寶"。他解釋道，系統(tǒng)可捕獲原本會(huì)流失或造成環(huán)境危害的營養(yǎng)物質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)化為農(nóng)作物肥料，且全程無需電網(wǎng)支持。

化肥關(guān)鍵成分氮素通常由碳密集型設(shè)備生產(chǎn)，這些設(shè)備多集中于富裕國家，推高了其他地區(qū)的成本。而人類尿液中的氮含量足以滿足全球約14%的化肥需求。

廢熱回收提升效能

斯坦福團(tuán)隊(duì)的原型較早期設(shè)計(jì)有顯著改進(jìn)。研究人員在太陽能電池板后方鋪設(shè)銅管捕獲廢熱，使發(fā)電量提升近60%，氨回收率提高超20%。這項(xiàng)創(chuàng)新同時(shí)避免了太陽能電池板因過熱導(dǎo)致的效能下降。

研究第一作者、機(jī)械工程博士生奧里薩·庫姆斯指出，每人尿液產(chǎn)生的氮量足以滋養(yǎng)一座花園。她強(qiáng)調(diào)該系統(tǒng)僅需陽光就能在需求地直接生產(chǎn)肥料，甚至可讓社區(qū)儲(chǔ)存或出售剩余電力，擺脫對(duì)大型化工廠或電網(wǎng)的依賴。

研究人員還開發(fā)了預(yù)測(cè)模型，可分析光照、溫度和電氣設(shè)置對(duì)系統(tǒng)性能的影響。在烏干達(dá)等化肥昂貴且電力匱乏的地區(qū)，每回收一公斤氮可產(chǎn)生4.13美元收益，是美國潛在收益的兩倍多。

破解衛(wèi)生難題

該技術(shù)的價(jià)值超越農(nóng)業(yè)與能源領(lǐng)域。通過去除尿液中的氮素，系統(tǒng)使廢水更安全地排放或用于灌溉。全球超80%的廢水未經(jīng)處理，其中大部分來自中低收入國家。未經(jīng)處理的氮素常污染地下水并引發(fā)藻華現(xiàn)象，破壞生態(tài)系統(tǒng)。

庫姆斯表示這項(xiàng)創(chuàng)新能同時(shí)解決多項(xiàng)挑戰(zhàn)："我們常將水、食物和能源視為獨(dú)立系統(tǒng)，但這是少數(shù)能通過工程創(chuàng)新協(xié)同解決多重問題的方案 —— 清潔、可擴(kuò)展且完全由太陽能驅(qū)動(dòng)。"研究團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)反應(yīng)器容量三倍于當(dāng)前的大型原型機(jī)，強(qiáng)光下處理尿液速度更快。該項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)還可應(yīng)用于工業(yè)場(chǎng)景（如污水處理廠）的廢熱回收利用。

這項(xiàng)研究已發(fā)表于《自然-水》期刊。

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