湿垃圾发电、小龙虾制药,上海交大研究团队变垃圾为宝

重量为40kg的餐厨垃圾经过厌氧发酵产生沼气,输出的电能大约可供1000台手机充电;虾蟹壳提取的甲壳素可以制备制备乙醇胺、含氮药物等。

图片来源:视觉中国

餐厨垃圾能为手机或者平板电脑供电?废弃虾蟹壳能够炼制高附加值化学品、药物?上海交大中英国际低碳学院的两项研究成果,让这些情况成为现实。

距离《上海市生活垃圾管理条例》正式实施将满一年,目前上海全市湿垃圾分出量为9200吨/日,清运量为8200吨/日,处理量为5050吨/日;同时,餐厨等湿垃圾经垃圾车收集后进行集中式处理,长距离运输,会带来运输成本、废气排放、垃圾异味等问题。

在湿垃圾生产量快速增长的情况下,尽量减少餐厨垃圾的远距离运输、提高回收资源化能力,变得尤为迫切。

低碳学院有机废物资源化研究团队负责人张景新表示,他们研发的分布式餐厨垃圾能源化系统采用了临近垃圾产生源头的原位处理方式,将所有处理和能源转化设备集中在一个长为6m的移动式集装箱内。

研究团队按照特定的比例将厌氧微生物和餐厨垃圾混合后,在厌氧消化系统中,餐厨垃圾将会分解成沼气,随后沼气通过热电联产系统转变成电力和热力,而这些产生的电能就可以直接输出为附近人群提供手机充电以及其他服务。

重量为40kg的餐厨垃圾在投入系统内的厌氧消化罐后,经过厌氧发酵产生沼气,随后转化为电力和热力,其输出的电能大约可供1000台手机充电。

“餐厨垃圾的组成成分影响着系统的发电量,当组分中碳氢化合物、蛋白质、脂肪的含量越高时,产生的沼气越多,从而产生的电能也越多。”张景新介绍,经过模拟计算,该系统处理一吨的餐厨垃圾的发电量为200-400kWh,产生的电能可为13000-26000台手机充电。

张景新指出,分布式餐厨垃圾能源化系统,将为城市发展中有机废物的能源化处理提供有力基础;同时,厌氧消化系统可以有效减少有机废物和城镇温室气体的排放并产生更多的能源,提高资源利用效率。

进入夏天,小龙虾等甲壳类食物广受欢迎,这类食品的可食用部分通常为40%-50%。

据统计,全球每年约有800-1000万吨的虾蟹壳垃圾产生,大部分虾蟹壳被直接丢弃或填埋,在环境降解过程中,它们会释放大量二氧化碳和氮氧化物,在一定程度上助长了温室气体的额外排放。

上海交大中英国际低碳学院陈熙所在的课题组,与新加坡国立大学颜宁课题组合作,成功研究出一种新技术来处理虾蟹壳垃圾。

虾蟹壳中的主要成分包括碳酸钙、甲壳素和蛋白质,是天然可再生资源。碳酸钙可以被用作建筑材料、造纸填充剂等,蛋白质可以被用作动物饲料;甲壳素是世界上储量最大的生物质资源之一,含有碳元素和氮元素,且结构较为均一,有望替代或补充化石资源路径为现代社会提供重要化工和医用产品。

上述新技术采用高压二氧化碳为一种绿色酸试剂,在水中溶解虾蟹壳中的碳酸钙,去除率达到95%以上;然后,通过180度高温水使蛋白质水解脱落。

陈熙表示,整个过程只使用了二氧化碳和水两种试剂,几乎没有污染物产生,且成本低廉,两步处理后甲壳素的纯度可达90%以上。

从虾蟹壳中高效提取甲壳素后,就可以利用催化剂、预处理等技术制备乙醇胺、含氮药物等。乙醇胺可用来捕集二氧化碳、制作染料、药物,在医药领域,85%的最畅销药物都是含氮化合物。

陈熙表示,目前已开发多种新型路径转化甲壳素制备20余种不同的含氮化学品,相关技术已申请专利。

通过结合预处理和硼酸催化剂体系,该研究团队还将甲壳素高分子转化为一种含氮呋喃化学品,而这种含氮中间体是合成抗癌药物的重要原料。

来源:界面新闻

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