如何用番茄廢料發電

一組科學家正在探索一種不尋常的電源-損壞的西紅柿，不適合在雜貨店出售。他們的試點項目涉及一種基于生物的燃料電池，該燃料電池使用了佛羅里達收割后剩下的番茄廢料。

研究人員今天在化學會(ACS)第251屆全國會議暨博覽會上介紹了他們的工作。

“我們發現，收獲后遺留下的變質和損壞的西紅柿在用于生物或微生物電化學電池時可能是一種特別強大的能源，”從事該項目的Namita Shrestha說。“該工藝還有助于凈化被番茄污染的固體廢物和相關的廢水。”

Shrestha是South Dakota礦業技術學院Venkataramana Gadhamshetty博士的體育實驗室的研究生。他們正在與普林斯頓大學化學專業的亞歷克斯·福格(Alex Fogg)合作進行此項目。其他項目合作者包括佛羅里達墨西哥灣沿岸大學的Daniel Franco，Joseph Wilder和Simeon Komisar博士。

Gadhamshetty指出，西紅柿是佛羅里達州的主要農作物。他強調說，該項目對州至關重要，因為佛羅里達州每年產生396,000噸番茄廢料，但缺乏良好的處理工藝。

Gadhamshetty開始在佛羅里達墨西哥灣沿岸大學擔任教授，從事這一主題的研究。“項目是幾年前開始的，當時亞歷克斯參觀了我在佛羅里達州邁爾斯堡的實驗室，并說他對研究當地的問題感興趣，特別是在我們州種植的當地西紅柿和大量的廢物處理問題上，” Gadhamshetty說。“我們想找到一種處理這種廢物的方法，當將其傾倒在垃圾填埋場中時，會產生甲烷(一種強大的溫室氣體)，而傾倒在水體中會造成重大的水處理問題。”

因此，研究小組開發了一種微生物電化學電池，可以利用番茄廢料產生電流。Shrestha解釋說：“微生物電化學電池利用細菌分解并氧化有缺陷的西紅柿中的有機物質。”

由細菌與番茄廢料相互作用引發的氧化過程釋放出電子，該電子被捕獲在燃料電池中并成為電力來源。研究人員發現，番茄中的天然番茄紅素色素是一種很好的媒介，可以促進受損水果產生電荷。

他們的一些結果被證明是違反直覺的。Gadhamshetty指出：“與廢物相比，典型的生物技術應用在使用純化學品時需要或至少表現得更好。” “但是，我們發現使用有缺陷的番茄的電性能與使用純基質的電性能相同或更好。這些廢物可能是本機氧化還原介質，碳和電子的豐富來源。”

目前，他們的設備輸出的功率非常小：10毫克番茄廢料可產生0.3瓦特的電能。但是研究人員指出，隨著預期規模的擴大和更多的研究，電力輸出可能會增加幾個數量級。

根據Shrestha的計算，使用優化的生物燃料電池，從理論上講，佛羅里達州每年產生的番茄廢物足以滿足迪士尼世界90天的電力需求。

Gadhamshetty指出：“我們目前的研究問題是研究基本的電子轉移機制以及固體番茄廢料與微生物之間的相互作用。” 他們計劃通過確定電池的哪些部分(電極，產生細菌的細菌，生物膜，布線)阻止電流流動來改善電池。然后他們將調整或替換該部分。