利用稻壳灰农业废弃物制备灰色水泥砖燃料电池(GC-BFC)发电：智慧城市能源新策略

【编辑推荐】研究人员针对传统水泥建材高污染、农业废弃物稻壳灰(RHA)难降解问题，创新性开发灰色水泥砖燃料电池(GC-BFC)。通过将RHA(2-12 wt%)掺入水泥基体，结合钢/石墨(St/Gr)电极，实现1152.97 mW/m2功率输出，12% RHA掺量时抗压强度最优。该技术为建筑-能源一体化提供廉价可持续方案，可应用于商场照明、高速公路供电等场景，推动智慧绿色城市建设。

　　

全球环境问题日益严峻，化石燃料枯竭与碳排放压力迫使人类寻找绿色能源新路径。每年1.48亿吨稻壳灰(RHA)作为农业废弃物，因含85-95%非生物降解二氧化硅成为环境负担，而传统水泥生产每吨排放900kg CO₂。如何将二者变废为宝？韩国国立研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表突破性研究，首次将RHA掺入灰色水泥砖(OGC)制成燃料电池(GC-BFC)，实现"建筑即电站"的革命性构想。

研究采用Keithley 2420源表进行电化学测试，通过CR2032纽扣电池预实验筛选电极组合(Zn/Gr、Al/Gr、St/Gr、Gr/Gr)，最终选用0.3 g/ml氨氯燃料优化商业尺寸(12 cm²)砖体模块。材料配比为12% RHA+50%砂+38%水泥的三相复合体系。

【Results and discussion】
电化学测试显示，异质电极St/Gr组合功率密度达1152.97 mW/m²，是同质Gr/Gr电极(52.20 mW/m²)的22倍。RHA的火山灰效应与微孔结构协同提升离子传导，12%掺量时抗压强度最佳，证实RHA兼具力学增强与能源转化双重功能。

【Conclusions】
该研究开创性地证明：(1)水泥基建材可直接作为燃料电池基质；(2)RHA农业废弃物可同时提升建材力学性能(抗压强度)与能源输出(功率密度)；(3)无需质子交换膜的设计大幅降低成本。GC-BFC技术使建筑墙体成为分布式电网节点，为智慧城市提供"零占地"再生能源方案，单块砖体即可驱动LED照明等低耗设备。

Verjesh KumarMagotra团队指出，该技术未来可与污水处理结合，利用富铵废水作为燃料实现环境治理-能源回收双赢。研究获韩国国家研究基金会(NRF)资助，标志着亚洲国家在建筑能源一体化领域的领先探索。