由威斯康星大学麦迪逊分校科学家领导的跨学科团队开发了一种新技术，可以帮助农民从牲畜粪便中提取有用的营养物质，例如氨和钾，以制造肥料和其他有用的物质高效的化学产品。

该图显示了研究团队的实验室设置，提供了氨回收和利用少量粪便进行化学品生产策略的概念验证。下一步将是开发更大规模的技术演示。插图由王睿/威斯康星大学麦迪逊分校提供

虽然该战略仍需要在概念验证阶段之后扩大规模，但该小组的初步分析表明，它可以通过减少水和空气污染，同时创造农民可以使用或销售的产品来提供可观的效益。

粪便发出臭味的部分原因是它含有氨，氨是造成粪便气味的300多种化合物之一。刺激性气体不仅是有害的空气污染物，还可以转化为温室气体一氧化二氮和污染水的硝酸盐。

氨也是许多氮肥的基础，这些氮肥推动了现代作物生产。生产氮肥用氨的工业方法——哈伯-博世工艺，消耗大量能源，每年排放数亿吨温室气体。

尽管粪便本身可以用作肥料，但这样做可能成本高昂、物流困难且对环境不利。因此，世界各地的研究人员正在寻找有效从粪便中回收氨的策略，创造更浓缩、更有价值、更环保、运输更便宜的肥料。

这些策略包括由电力驱动的化学过程，由于太阳能和风力发电的增长，电力在许多农村社区变得越来越便宜。然而，大多数正在开发的电化学技术尚未实用，主要是因为它们消耗大量能量，并且在从粪便中提取溶解的氨(以铵离子形式)方面效率不够高。

这项新技术在《自然可持续发展》杂志上发表的一篇论文中进行了描述，它依赖于专门设计的电极，就像用于电池的电极一样，针对铵离子。

该技术涉及将镍基电极直接放入粪便废水中。由于粪便中的有机物被电极自然氧化，废水中的铵离子和钾离子被选择性地驱入电极并被电极捕获。

该策略并不只是简单地去除废水中的营养物质。

这一创新步骤可能有助于使该过程更具吸引力，然后将负载营养物的电极放入一个装置中，该装置使用电力释放回收的铵和钾离子，然后将其用于制造氮肥和钾肥，并同时生产其他有用的化学产品。这些可能包括通常用于消毒的氢燃料或过氧化氢。

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“我们很幸运，因为大自然为我们做了很多工作，”威斯康星大学麦迪逊分校化学教授宋金说道他与博士生王锐和土木与环境工程教授秦莫涵.

“粪便里有所有这些东西，我们不需要做太多额外的工作，”金说。“电池材料进入，当有机物质被氧化时，氨就会被吸出。”

少量粪便的试运行在第一次循环中回收了一半以上的氨，两个循环后回收率约为85%。

同时生产化肥和其他化学产品的能力是团队相信他们的策略能够获胜的关键部分。尼尔森环境研究所教授RebeccaLarson领导的一项环境分析表明，拥有1,000头奶牛场的经营可以减少氨排放量通过部署该系统，硝酸盐减少了50%以上，同时还显着减少了进入附近水域的硝酸盐量。

同时，由麻省理工学院合作者教授领导的初步技术经济分析显示，一个示范奶牛场只要电价不是过高，使用该系统的收入预计会高于运营成本。FikileBrushett

下一步包括进一步改进材料和工艺，扩大系统规模，并研究它如何在更接近现实世界畜牧业的水平上发挥作用。根据初步分析，Jin乐观地认为，在更大规模的情况下，该系统的收益将继续超过潜在成本。

“看起来确实很有希望，”秦说。“有一种途径可以让我们看到这对现实世界有何真正的帮助。”