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您衝入馬桶的東西是浪費的能源嗎？生活在擁有抽水馬桶和自來水的國家的人們每天產生大量的廢水。這種水，主要由於糞便，富含有機化合物，這些化合物在其化學鍵中儲存了可用的能量。可以採用幾種方法來收集它——例如，工程師可以透過厭氧（無氧）消化提取甲烷，或使用微生物燃料電池發電。
在過去的幾年中，越來越多的研究集中在開發和改進這些方法上，因為利用汙水發電可以幫助水處理廠產生足夠的電力來滿足自身的所有消耗——甚至可以作為目前供應不可靠的發展中國家的燃料來源。但是，未經處理的汙水到底蘊含多少可用能量？這是1月5日發表在環境科學與技術雜誌上的一項研究的作者提出的問題。他們的答案是：廢水可能蘊含的能量比之前認為的要多得多。
伊麗莎白·海德里希是英國紐卡斯爾大學的博士生，也是這項新研究的主要作者，她研究微生物燃料電池——這種裝置透過捕獲細菌分解廢水中的有機物時釋放的電子來產生電流。當她準備她的博士研究專案時，她決定確定工程師可以指望廢水提供多少能量。“這似乎是一個顯而易見的問題，應該從這裡開始，”她解釋說——這就是為什麼她驚訝地發現幾乎沒有人之前問過這個問題。
海德里希發現只有一項研究，發表於2004年，試圖回答這個問題。作者測試了從多倫多處理廠收集的未經處理的城市汙水樣本，並使用量熱法（測量熱吸收和釋放）計算出樣本的內部化學能為每升6.3千焦耳。他們還將樣品中發現的能量與化學需氧量（COD）相關聯，化學需氧量是常用的溶解有機化合物的間接測量方法。基於這種相關性，他們估計，總的來說，2004年全球68億人口產生的廢水蘊含著持續的能源供應，大約在70到140吉瓦之間。（一座大型核電站產生約1吉瓦）。
但這項研究的結果——海德里希指出，這項研究在微生物燃料電池文獻中被多次引用——是有問題的，她說。
在樣品可以在量熱儀中進行測試之前，必須將其乾燥，在這種情況下，作者透過將其在加熱至103攝氏度的烤箱中過夜來乾燥樣品。由於汙水中發現的幾種有機液體（包括甲醇、乙醇和甲酸）的沸點低於103度，海德里希說，“我只是覺得會有東西在這個溫度下蒸發。” 這種損失意味著作者沒有考慮到樣品中包含的所有能量。
因此，她和她的同事收集了自己的樣本——一個來自處理生活、家庭廢水的工廠，另一個來自處理工業設施排放的化學“混合”廢水的設施。他們沒有使用烤箱，而是將樣品冷凍乾燥，然後在量熱儀中進行測試。他們發現工業樣品每升含有約16.8千焦耳，而生活樣品含有7.6千焦耳——比之前的研究報告的生活樣品多20%。也許更重要的是，考慮到廢水樣品的高度可變性，海德里希和她的同事發現，常用的COD測量實際上與能量含量無關，因此是一種不可靠的指標。作者報告說，如果他們依賴先前研究中使用的相同計算方法，他們只會發現每個樣品中大約一半的能量。因此，較舊的估計很可能是一個“嚴重低估”。
海德里希的方法有其自身的侷限性：冷凍乾燥步驟需要數週時間，因此不能作為常規的測試方法來依賴。雖然該過程比烤箱乾燥保留了更多的有機物，但它仍然會導致一些高能分子丟失。儘管如此，海德里希指出，這項研究的結果具有直接的現實意義。“我認為到目前為止，生活市政廢水一直被視為你無法從中獲得能量的東西，因此不值得付出努力。現在希望這種情況可能會改變，”她說。