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太空用尿能发电 |
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新工艺将进一步提高空间项目废水利用率 |
在未来的载人航天任务中，宇航员或许能够通过一个多级的尿素分解过程产生少量的电力以及很有效地从尿液中回收水。
图片来源：NASA
尿液通常被认为是应该丢掉的东西。然而作为一种大部分由水构成的物质，尿液在太空中可是宝贵的资源。如果最近来自实验室的一项新工艺能够被成功放大，则未来的太空旅行者将有望更有效地重复利用自己的尿液，从而回收水并制造一个小电源。
在国际空间站（ISS）中获得水以及其他供给是一件非常昂贵的事。里奥彼德拉斯市波多黎各大学分析化学家Eduardo Nicolau表示，将每公斤货物发射到近地轨道需要耗资33000美元。
而如果要将它们送到更高的轨道则需要更大的成本。因此即便可能的话，补给飞船携带人员远离地球轨道——例如奔赴火星——也将需要极其高昂的开支。
因此Nicolau指出，执行长期空间任务的宇航员必须重复利用他们的水。然而水的最大来源是宇航局自己的尿液。Nicolau估计，在这样一项任务中，每一名宇航局每天将可能产生超过1.5升的尿液，这一数字占航天器废水的81%以上。
并未参与此项新研究的负责空间站供水系统的美国宇航局（NASA）亚拉巴马州亨茨维尔市马歇尔空间飞行中心系统工程师Layne Carter表示，如今，ISS上的宇航员会过滤废水，随后再将它们蒸馏并变为纯水。他强调，当前的技术只能从尿液中回收75%的废水。但随着目前正在进行的努力，NASA工程师希望明年将这一比例提高至85％，之后逼近100％。
Nicolau表示，空间站目前的回收工艺主要是处理尿素——尿液中主要的富氮化合物。但是尿素可以用来制造能源，现在Nicolau及其同事已经开发出一种技术，能够同时使用尿素提高航天器废水的回收效率。
首先，研究人员利用渗透作用（在这一过程中某些物质会穿过一层薄膜）将有机大分子与水、尿素以及其他能够溶解的小分子或原子分离，而后者则能够透过薄膜形成一种盐溶液。
随后，研究人员将含有尿素的溶液通过一个他们称之为生物反应器的装置，后者塞满了浸透着脲酶（一种能够分解尿素的酶）的活性炭。在这一步的实验室测试中，大约86%的尿素被转化为氨。
研究人员在4月7日出版的
《ACS可持续化学与工程学》（ACS Sustainable Chemistry & Engineering）杂志上报告了这一研究成果。
最终，这些氨被收集起来并注入一部类似电池的燃料电池，这种电池能够将氨转化为氮和水，并释放出能量。Nicolau指出，在这项试验中，产生的电能数量是很小的——电压约0.2伏，电流约2毫安。但是他说，研究小组希望能够在下一个版本的系统中改进电力输出。
25年来一直在NASA从事废水系统工作的Carter表示：“这听起来像是一个不错的过程，但我怀疑它是否会在大规模下奏效，或不受空间环境的控制。”他还指出，尿素只是尿液中相对较小的一个成分，因此它限制了研究小组的新工艺可能收获的电力，从而使其无法收回成本或费用。
“这一过程确实看起来很复杂，”Carter说，“我不知道回报是否值得。”（来源：中国科学报 赵熙熙）
