光伏-热电化学脱附系统的原型设计与建模，用于分布式尿液氮回收

《Nature Water》：Prototyping and modelling a photovoltaic–thermal electrochemical stripping system for distributed urine nitrogen recovery

分布式太阳能尿液处理系统提升氮回收效率及能源产出，独立电网运行，支持联合国可持续发展目标。

　　

摘要

利用分布式太阳能技术从尿液中捕获氮元素有助于管理氮循环，并提高肥料、卫生设施和电力供应的可用性。本文提出了一种名为“太阳能-ECS”的光伏-热电化学脱除（ECS）系统的概念验证方案，该系统能够独立于电网从尿液中回收硫酸铵肥料。通过持续控制光伏电流并利用废热为太阳能电池板降温，同时为ECS过程提供能量，与没有热传递且电流不受控制的原型相比，该系统实现了59.3±3.6%的发电量提升以及22.4±7.4%的氨回收效率提升。额外的热量加速了氨的挥发（这是ECS过程中的限速步骤），而通过电荷控制器防止电流过大，每超过1毫安/平方厘米的电流可减少2.24±0.25千焦/克的能量消耗。我们提出了一种适用于不同电流和温度下的ECS运行新过程模型，并据此估算出在美国市场的潜在净肥料收入为每千克氮2.18美元，在非洲市场为每千克氮4.13美元。通过从未被充分利用的废水中回收高纯度化学物质，这项工作为实现联合国的可持续发展目标（即消除饥饿、提供清洁水源和卫生设施、发展清洁能源以及推动负责任的生产方式）做出了贡献。