FESE | 前沿研究：廢水處理遇上人工光合作用：從太陽能到綠色燃料生產(chǎn)、水修復及碳減排—論文—科學網(wǎng)
| FESE | 前沿研究：廢水處理遇上人工光合作用：從太陽能到綠色燃料生產(chǎn)、水修復及碳減排 |
論文標題：Wastewater treatment meets artificial photosynthesis: Solar to green fuel production, water remediation and carbon emission reduction（廢水處理遇上人工光合作用：從太陽能到綠色燃料生產(chǎn)、水修復及碳減排)
期刊：Frontiers of Environmental Science & Engineering
作者：Zhida Li, Lu Lu
發(fā)表時間：26 Jan 2022
微信鏈接：點擊此處閱讀微信文章
原文鏈接（點擊“閱讀原文”直接獲�。�https://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s1178-022-1536-5
文章出版：Front. Environ. Sci. Eng. 2022, 16(4): 53
原文信息
題目：
作者：
Zhida Li, Lu Lu ()
作者單位：
Harbin Institute of Technology, Shenzhen, China
通訊作者郵箱：
lulu@hit.edu.cn
關鍵詞：
Wastewater treatment (廢水處理)，
Artificial photosynthesis (人工光合作用)，
Microbial photoelectrochemical (MPEC) system (微生物光電化學系統(tǒng))，
Carbon neutral (碳中和)，
Renewable energy (可再生能源)
文章亮點
• 降低能源利用和碳排放是廢水處理的迫切需要；
• MPEC集成了太陽能儲存和廢水有機物去除；
• 能源自我維持的MPEC可以減輕化石碳的排放；
• MPEC能夠利用可再生能源將二氧化碳轉(zhuǎn)化為可儲存的碳燃料；
• MPEC將通過采用一種新型的氧化反應來激發(fā)光電化學反應。
文章簡介
溫室氣體(GHG)排放與全球氣候變化之間的聯(lián)系激發(fā)了世界范圍內(nèi)尋找可持續(xù)發(fā)展模式的興趣。目前，廢水處理(WWT)是一種能源密集和重碳排放工業(yè)。發(fā)展碳中和的WWT方法是非常必要的。作為最大的發(fā)展中國家，中國占全球二氧化碳總排放量的28%，并在2020年承諾，其碳排放量將努力在2030年達到峰值，到2060年達到碳中和。為了實現(xiàn)“雙碳”目標，中國幾乎所有與碳排放相關的產(chǎn)業(yè)在政策和技術上都在發(fā)生范式轉(zhuǎn)變。而碳中和的WWT在中國仍處于孵化階段，但正成為一個熱門話題。在收集廢水中儲存的能源的同時，尋找化石燃料的清潔替代品，是進入WWT的碳中和階段的一條有效途徑。
太陽能被認為是解決能源危機和氣候變化的最終解決方案之一。然而，它的間歇性使其對滿足人類24小時的能源需求具有挑戰(zhàn)性。雖然通過傳統(tǒng)的人工光合作用(APS)將太陽能轉(zhuǎn)換為可儲存的燃料可以解決上述問題，但大多數(shù)實際的APS情況仍然需要外部電壓輸入。微生物光電化學(MPEC)系統(tǒng)是一種新興的混合APS，它將微生物電化學氧化和光電化學還原相結(jié)合，由于其在解決環(huán)境和能源問題方面的潛力而受到越來越多的關注。
本綜述強調(diào)了在WWT期間實現(xiàn)能源回收對實現(xiàn)碳中和目標的意義，闡明了MPEC的工作原理及其與傳統(tǒng)APS相比的優(yōu)勢，并討論了其在實現(xiàn)能源自維持WWT、碳捕獲和太陽能燃料生產(chǎn)方面的潛力，同時提供了一種利用廢水中幾種常見有機物分析MPEC中的能量和碳通量來判斷碳利潤的策略。
實際應用MPEC系統(tǒng)仍存在一些挑戰(zhàn)：如微生物和陽極界面上的緩慢電子轉(zhuǎn)移動力學，由于內(nèi)阻而造成的能量損失，以及半導體的長期穩(wěn)定性，需要進一步研究克服。作者認為MPEC將在解決能源和環(huán)境問題發(fā)揮更大的作用。
圖1 文章摘要圖
編委點評
目前的廢水處理(WWT)是能源密集型的，并導致大量的二氧化碳排放。在中國“雙碳”目標的大背景下，將微生物電化學WWT與人工光合作用(APS)相結(jié)合的混合微生物光電化學(MPEC)系統(tǒng)成為一種同時解決水-能-碳挑戰(zhàn)的很有前途的方法。本綜述明確了MPEC的現(xiàn)實意義和優(yōu)勢，討論了其在實現(xiàn)綠色燃料生產(chǎn)及碳減排方面的潛力，并提供一種判斷碳利潤的策略。本綜述能幫助讀者更充分的了解MPEC的應用需求與前景。
編者 | 徐雙
點評 | 李陽
致 謝
李陽，北京師范大學環(huán)境學院教授，中國科協(xié)“青年人才托舉工程”入選者，F(xiàn)ESE青年編委。研究方向為水中新污染物的遷移轉(zhuǎn)化，主持重點研發(fā)計劃課題和國家自然科學基金面上項目等8項，在ACS nano, Environ. Sci. Technol. 和Water Res.等雜志發(fā)表SCI論文70余篇。ESI高被引論文7篇。個人主頁：
徐雙，女，27歲，北京師范大學環(huán)境學院2021級環(huán)境科學專業(yè)博士生，導師為李陽教授，研究方向為納米材料的遷移轉(zhuǎn)化與生態(tài)效應。
摘要
Current wastewater treatment (WWT) is energy-intensive and leads to vast CO2 emissions. Chinese pledge of “double carbon” target encourages a paradigm shift from fossil fuels use to renewable energy harvesting during WWT. In this context, hybrid microbial photoelectrochemical (MPEC) system integrating microbial electrochemical WWT with artificial photosynthesis (APS) emerges as a promising approach to tackle water-energy-carbon challenges simultaneously. Herein, we emphasized the significance to implement energy recovery during WWT for achieving the carbon neutrality goal. Then, we elucidated the working principle of MPEC and its advantages compared with conventional APS, and discussed its potential in fulfilling energy self-sustaining WWT, carbon capture and solar fuel production. Finally, we provided a strategy to judge the carbon profit by analysis of energy and carbon fluxes in a MPEC using several common organics in wastewater. Overall, MPEC provides an alternative of WWT approach to assist carbon-neutral goal, and simultaneously achieves solar harvesting, conversion and storage.
期刊簡介
《前沿》系列英文學術期刊
由教育部主管、高等教育出版社主辦的《前沿》（Frontiers）系列英文學術期刊，于2006年正式創(chuàng)刊，以網(wǎng)絡版和印刷版向全球發(fā)行。系列期刊包括基礎科學、生命科學、工程技術和人文社會科學四個主題，是我國覆蓋學科最廣泛的英文學術期刊群，其中13種被SCI收錄，其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相應學科國際權威檢索系統(tǒng)收錄，具有一定的國際學術影響力。系列期刊采用在線優(yōu)先出版方式，保證文章以最快速度發(fā)表。
中國學術前沿期刊網(wǎng)
