新加坡南洋理工大学的工程师们开发了一种多阶段工艺，可以将虾壳废料转化为氢气、培养蛋白和碳酸钙。这项研究发表在《史密森尼》杂志上，它将废弃贝类材料视为一种原料，而非需要处理的问题。如果该工艺能够规模化应用，则有望同时减少能源生产和食品系统中的碳排放。
系统如何运作
该系统利用附近太阳能电池板提供的电力运行。南洋理工大学的李宏及其同事开发了一种改进的电化学反应，用于分解虾壳废料。该反应不同于传统的电解水反应，后者会产生氧气作为副产品，并且需要消耗更多的能量。该反应的输出产物是氢气。剩余物随后会进行进一步加工，最终得到适用于水产养殖饲料的蛋白质和生物碳酸钙——一种用于水泥和抗酸剂的化合物。
该系统的显著特点是其多产出设计。单一的废弃物流可以生产三种不同的可销售产品。李告诉《史密森尼》杂志，该流程旨在“实现从废弃物到食物的闭环”。项目之外的研究人员也对这种高度整合赞叹不已。
史密森尼报告中引述的业内人士表示，经济效益将取决于规模、电力成本以及每种产品进入现有市场的能力。同时生产多种产品在理论上很有吸引力，也能使项目同时与多个市场挂钩。
虾壳研究的未来方向
新加坡的这个项目是虾壳资源化利用研究浪潮的一部分。近期发表的材料科学论文表明，同样的虾壳残渣可以转化为高性能碳材料，用于储能、催化剂和复合材料。一项研究发现，虾壳可以转化为硼、氮、氧掺杂的多孔碳，这种碳材料具有优异的电容性能，可用于超级电容器。另一项研究则探讨了聚氯乙烯和虾壳的共水热碳化，以制备具有良好电化学特性的炭。
另一项研究发现，虾壳可以生成氮磷掺杂的碳网络，用作微生物燃料电池催化剂。还有一项研究表明，使用酸性低共熔溶剂可以提取高纯度几丁质及其衍生的碳材料。这些研究共同表明，贝类废弃物在工业应用领域日益广泛。
商业规模化的障碍
从实验室概念验证到商业部署仍有相当大的差距。该系统目前仅能产生少量氢气。史密森学会报告中引述的研究人员指出，该系统必须提高效率才能与现有的绿色氢能技术竞争。
该项目的经济效益受电力价格、政策支持和稳定的生物质供应链的影响。这些变量均可能发生变化。该项目尚未展现出足以满足商业投资者需求的规模效益。
此外，市场准入也是一个问题。碳酸钙、水产养殖蛋白和氢气各自拥有不同的买家、定价结构和监管要求。同时将这三种产品推向市场，无疑增加了商业上的复杂性。
这对循环工业系统意味着什么
新加坡的这项研究是研究人员处理有机废弃物方式转变的一部分。过去被填埋的生物质正越来越多地被视为能源、材料和食品原料的来源。避免填埋还能减少甲烷排放，南洋理工大学的研究团队认为这是该系统对气候效益的一部分。
绿色氢气生产已在全球范围内吸引了大量投资。国际能源署追踪到电解槽部署和政府承诺的快速增长。这些活动大多集中在以可再生能源为动力的水电解上。南洋方案采用不同的原料，这可能使其在拥有大型海产品加工业和大量贝壳废料的地区具有优势。
