逆電気透析によるエネルギー回収：人間の尿のフラッシングから塩分勾配を活用する

尿溶解によって作成されたアルカリ条件での尿のCa​​2+およびMg2+の沈殿が原因で発生するパイプの詰まりやスケーリングを避けるために、尿希釈がしばしば行われます。理論的には、尿と紅潮の水との間の大きな塩分勾配は、現在未開拓のポテンシャルエネルギーの源です。そのため、この作業では、尿希釈の化学ポテンシャルエネルギーを電気エネルギーに変換するために、コンパクト逆逆透析（赤）システムの使用を調査しました。尿の組成と尿溶解状態、および溶液ポンプコストがすべて考慮されました。電気伝導率がほぼ2倍になったにもかかわらず、実際の加水分解された尿は0.053-0.039 kWh/m3の純エネルギー回収率を取得しました。これは、実際の新鮮な尿から回収されたエネルギーに似ています。加水分解された尿のパフォーマンスの低下は、その高いpHのために、そのより高い有機ファウリングの可能性とNH3の揮発の可能性に関連していました。しかし、新鮮な尿によって達成される予想よりも高いパフォーマンスは、おそらく淡水側への充電されていない尿素の急速な拡散によるものです。実際の尿は、従来のK4FE（CN）6/K3FE（CN）6カップルと比較して、新しい電解液とその性能としてテストされました。K4FE（CN）6/K3FE（CN）6は、電力密度とエネルギー回収率の点で尿を上回っていましたが、電解質溶液として使用すると尿中に純化学反応が発生したようで、TOC、アンモニア、尿素除去を引き起こしました。それぞれ13％、6％、4.4％。最後に、K+、NH4+、およびPO43-の移動により、肥料溶液を肥料に利用することができました。全体として、このプロセスには、家庭または建物レベルでグリッド外の尿治療またはエネルギー生産を提供する可能性があります。

Urine dilution is often performed to avoid clogging or scaling of pipes, which occurs due to urine's Ca2+ and Mg2+ precipitating at the alkaline conditions created by ureolysis. The large salinity gradient between urine and flushing water is, theoretically, a source of potential energy which is currently unexploited. As such, this work explored the use of a compact reverse electrodialysis (RED) system to convert the chemical potential energy of urine dilution into electric energy. Urine' composition and ureolysis state as well as solution pumping costs were all taken into account. Despite having almost double its electric conductivity, real hydrolysed urine obtained net energy recoveries ENet of 0.053-0.039 kWh/m3, which is similar to energy recovered from real fresh urine. The reduced performances of hydrolysed urine were linked to its higher organic fouling potential and possible volatilisation of NH3 due to its high pH. However, the higher-than-expected performance achieved by fresh urine is possibly due to the fast diffusion of uncharged urea to the freshwater side. Real urine was also tested as a novel electrolyte solution and its performance compared with a conventional K4Fe(CN)6/K3Fe(CN)6 couple. While K4Fe(CN)6/K3Fe(CN)6 outperformed urine in terms of power densities and energy recoveries, net chemical reactions seemed to have occurred in urine when used as an electrolyte solution, leading to TOC, ammonia and urea removal of up to 13%, 6% and 4.4%, respectively. Finally, due to the migration of K+, NH4+ and PO43-, the low concentration solution could be utilised for fertigation. Overall, this process has the potential of providing off-grid urine treatment or energy production at a household or building level.