「在地處理、在地應用,就可以真正降低碳排」!工研院開發「尿液微生物燃料電池系統」,整合微電力轉換、儲存、應用技術,為原民部落解決民生缺電問題,也幫助維護環境衛生,及資源循環再利用,未來可望朝向生態敏感區、難民營或重大災區擴大應用,完美整合環境保護及綠能科技。
工研院綠能所研究員陳國帝長年深耕廢水處理、有機廢棄物處理及再生能源領域,深信「尿液微生物燃料電池」的技術潛力無窮。他指出,台灣製作化學肥料主要以天然氣為原料,每生產一公斤的氮肥需要13度電,人類使用化學肥料生產農作物。食物經消化後變成廁所廢水、去除其中的氮肥也需要耗用13度電;如果整個過程未能妥善處理,恐怕造成河川及湖泊的優養化(Eutrophication),嚴重危及生態系的物種結構。
反之,若利用「尿液微生物燃料電池」來處理尿液,每回收一公斤的氮肥可產生4.2度電力,無需氮肥生產及處理所需的耗能,又可以產能,所以每公斤氮肥的能量消耗差異可達30度電。由此可知,生產氮肥需要大量能源,處理廁所廢水中的氮肥也需要額外的能源,若想避免大量耗能,又要同時達到廢棄資源的回收再利用,「尿液微生物燃料電池」就是最佳解決方案。
陳國帝進一步說明,人體尿液中含有豐富的氮、磷、鉀,適合製成液態肥料,而微生物燃料電池是一種能量轉換裝置,可利用微生物氧化分解有機物質而產生電能,因此可同時做到「處理廢棄物」和「產生電力」,達到水質淨化、能源生產的雙重效果。考量到民眾對於尿液的回收利用仍有疑慮,現階段「尿液微生物燃料電池」僅用於公園綠化、林木栽培等方面,不會直接和食物接觸。在分解尿液產電的過程中,尿液中的大部分病原菌已被去除,作為液肥使用其實相當安全,不但能彌補國內農業肥料的需求量,還可降低河川優養化的發生率,好處相當多。
2016年,工研院綠能所獲得經濟部能專計畫支持,進行微生物燃料電池技術開發,但當時由於單位電能低,尚無法商業化;2021年獲工研院公益計畫支持,繼續進行「尿液微生物燃料電池」研發工作,2022年實際應用研發成果,效益頗豐。陳國帝回憶,苗栗頭屋的明德社區位於明德水庫旁,團隊協助該社區設置「尿液微生物燃料電池」,先將小便斗內的尿液導入電池,進行生物電化學處理後,產生的液肥用於果樹澆灌,電力則用於廁所照明或手機充電,獲頒國家環境教育獎社區組優等肯定。
放眼國際,美國比爾蓋茲基金會早在2017年就協助烏干達Kisoro地區的Sesame Girls School建立尿液微生物燃料電池,供學生宿舍廁所夜間照明使用;2019年,補助西英格蘭大學(University of the West of England)約台幣4400萬,進行「尿液微生物燃料電池」的關鍵零組件研發。2022年,則有澳洲政府提供200萬澳幣(約5000萬台幣)改裝雪梨及昆士蘭公園院廁所,利用微生物燃料電池處理尿液、製成液肥,用於公園綠化,有效降低化肥使用的碳排量。
為了因應2050年淨零碳排目標,全球對於環保和永續發展的需求已然愈加迫切,台灣也公布《淨零轉型12項關鍵戰略》,其中之一就是「資源循環零廢棄」,你我責無旁貸。「因為舒適便利的生活,是耗費了許多能源才換來的。」對於環境永續,陳國帝坦言我們仍做得太少,未來他將和團隊持續優化技術,也透過環境教育推廣理念,期許早日將「尿液微生物燃料電池」普及化,實現永續發展的藍圖!