Chce se vám čůrat? Co takhle moč přeměnit na energii?

Foto: Niels van Linden / Tu Delft | CC BY 4.0 International

TU Delft už na tom dávno pracuje. Čůrání u pětiletých dětí vyvolává nejen nekontrolovatelný smích, ale jde také o zdroj energie. Niels van Linden v současné době pracuje na konceptu výroby elektřiny z městských a průmyslových zbytkových vod, což bude zase pohánět energeticky neutrální systém úpravy vody, který hodlá vyvinout. Zatímco solární a větrná energie se staly známými zdroji zelené elektřiny, se žlutou odrůdou tak dobře neznáme: ta zvítězila z moči. Nebo spíše z amonia, látky, která se vyskytuje v moči lidí a zvířat a běžně se používá při výrobě hnojiv. Píše na svých společnost TU Delft.

Zatímco solární a větrná energie se staly známými zdroji zelené elektřiny, se žlutou odrůdou se ještě tak dobře neznáme. Ta zvítězila z moči. Nebo spíše z amonia, látky, která se v moči vyskytuje u lidí i zvířat a běžně se používá při výrobě hnojiv. 

Kruhová elektřina

První věc, kterou chce Niels van Linden objasnit, je, že moč nevyřeší světové energetické problémy. „Moč nebude zdrojem energie číslo jedna. Občas se dočtete o nabíjení telefonu elektřinou z moči, ale to je jen vedlejší produkt našeho konceptu. Ve skutečnosti jde o to, že můžeme ze zbytkových vod extrahovat amonium a přeměnit ho na elektřinu. Tato elektřina pak může být použita pro úpravu vody, čímž vznikne kruhový systém.“

Foto: Niels van Linden / Tu Delft | CC BY 4.0 International

Foto: TU Delft

Foto: TU Delft

Léčba

Amonium končí v úpravnách vod prostřednictvím kanalizace a průmyslových a zemědělských zbytkových vod. Van Linden: „Vypouštění amonia má negativní vliv na kvalitu vody v řekách a jezerech, protože podporuje nadměrný růst řas. V současné době je úprava zbytkových vod obsahujících amonium velmi energeticky náročná.“

Obohacování amoniem

To je důvod, proč Van Linden chtěl vyvinout systém, který nejen využívá málo energie, ale také ji vyrábí. Jak to funguje? „Začneme se zbytkovou vodou obsahující přibližně 1 gram na litr amonia. K odstranění amonia využíváme technologii zvanou elektrodialýza a zároveň vyrábíme roztok, který neobsahuje 1 gram amonia na litr, ale 10. Poté zvýšíme pH vody pouze pomocí elektřiny, čímž se roztok zalkalizuje. Amonium se pak přemění na plynný amoniak.“

Foto: Tu Delft

Přeměna plynu na elektřinu

Posledním krokem je extrahování plynného amoniaku z roztoku, což je proces zvaný „stripování“, vysvětluje Van Linden. „Používáme vakuovou pumpu k odsávání plynného čpavku z vody. Plynný čpavek pak končí v palivovém článku s pevným oxidem, což je kombinace druhů mezi baterií a spalovacím motorem. Reakcí mezi plynným čpavkem a kyslíkem ze vzduchu v palivovém článku vzniká teplo a elektřina. Vzniklé plyny (dusík a voda) jsou neškodné a lze je jednoduše uvolnit do okolního vzduchu.

Energeticky neutrální

V této fázi projektu je spotřeba energie dvojnásobkem produkce energie,“ říká Van Linden. „Na kilogram čpavku vyrobíme asi 12 megajoulů energie. K odstranění 90 procent amonia z vody a jeho přeměně na plynný amoniak potřebujeme 23 megajoulů. Musíme tedy zvýšit produkci energie a snížit množství energie, kterou spotřebováváme. Můžeme toho dosáhnout použitím lepších palivových článků a membrán s nižším odporem, díky čemuž bude proces efektivnější. Rozdíl mezi příkonem a výdejem energie bude nakonec nutné snížit na nulu. V tu chvíli můžeme říci, že jsme vyvinuli léčebnou metodu, která je skutečně energeticky neutrální. A s trochou štěstí vyrobíme o něco více energie, než spotřebujeme.“

Foto: Tu Delft

Foto: Tu Delft

Win-win technologie

Výroba elektřiny z amonia, který se získává z vody, je zcela nová, říká Van Linden. „Dvě nejběžnější metody odstraňování amonia ze zbytkových vod využívají bakterie k přeměně amonia na neškodný plynný dusík. Ale kromě dusíku tyto metody produkují také škodlivé plyny, jako je oxid dusný, což je velmi silný skleníkový plyn. Použití specifických bakterií také ztěžuje kontrolu procesu.“

Foto: Tu Delft

Dalším způsobem odstraňování amonia je stripování vzduchem, což je proces, který využívá hodně energie a různých chemikálií, například ke zvýšení úrovně pH. „Hladinu pH zvyšujeme použitím elektřiny, kterou vyrábíme při přeměně amoniaku v palivovém článku. Naše metoda má dvojí výhodu v tom, že je méně energeticky náročná a čistší, protože nevznikají žádné škodlivé plyny a neobsahují žádné chemikálie.“

Aplikace

Van Linden říká, že nová technologie by mohla být zvláště užitečná pro úpravu koncentrovaných zbytkových vod. „Pokud jsou koncentrace amonia vysoké, bude jeho extrahování z vody vyžadovat jen málo energie. Sběr lidské moči na festivalu by například mohl být životaschopnou možností, podobně jako čističky v průmyslových nebo zemědělských komplexech. Decentralizovaný sběr moči by také mohl hrát roli v budoucím vývoji bydlení. Ale tam ještě nejsme. V současné době zaměříme svou energii na optimalizaci technologií.“

Zdroj: TU Delft