圖片來源：pixabay
撰文｜王怡博
審校｜clefable
當代化學的雛形——鍊金術起始於黑暗的中世紀。那時的鍊金術士相信存在一種賢者之石（Philosopher's Stone），能夠作為催化劑將常見的賤金屬轉化為更寶貴的金。
德國鍊金術士亨尼希·布蘭德（Hennig Brand）也痴迷於尋找所謂的賢者之石，不惜耗盡錢財。一天，布蘭德在一本名為“400 Auserlensene Chemische Process”的書中看到了一個配方，該配方使用明礬、硝石（硝酸鉀）和一定濃度的尿液將金屬轉化為銀（其實該配方不起作用）。這啟發他把鍊金的目標投向了黃色的尿液。
大約在1669年，布蘭德開始收集數千升尿液，靜置數天後，開始煮沸尿液，使其變成濃稠的漿液，接著進行加熱。結果並沒有得到他心心念唸的賢者之石，而是得到了一種黑色物質。然後，他把這些物質與沙子一起加熱，最後冷凝得到了一種白色固體。它可以在黑暗中發光，布蘭德為它取名為磷（Phosphorus）。磷成了有紀錄以來首個被發現的元素。
這次試圖從尿液中提煉黃金的試驗意外讓布蘭德發現了新元素，同時標記著鍊金術的結束，以及化學作為一門科學的開始。
那個時代，收集尿液是一種常見的做法，因為尿液有很多用途，比如可以作為農作物的肥料。但現在，有了化肥等工業化學品，我們很少見到有誰會專門收集尿液來加以利用，除了那些不走尋常路的科學家們。
電化學系統中的尿液
你或許聽說過燃料電池——一種把燃料（常見的燃料為氫氣）所具有的化學能直接轉換為電能的化學裝置，一些科學家會告訴你還有一種類似的系統：微生物燃料電池。早在20世紀90年代，科學家發現微生物能促進電子轉移，可以在沒有外部氧化還原介質或分解產物的支援下將電子轉移到陰極。
人類尿液主要由水（93%～96%）、尿素（約2%）、無機鹽（氯化物）、氨、有機酸等組成，其化學成分因生活方式、健康狀況而異。考慮到每人每天大約產生1.5～2升尿液，全球人口約為77億，那麼全球每天尿液產量估計在（1.16～1.54）×10^10升範圍內，相當於每年產生（4.22～5.62）×10^12升尿液。而且尿液的電導率較高，若用於電池，或有助於提高電池的電化學效能。
因此，研究微生物燃料電池的一些科學家把目光投向了人類尿液，製得了一些以人類尿液為底物的生物電化學系統。隨著尿液被送入電池，尿液的主要成分——尿素會被分解為氮氣、水和氫氣。而且每升尿液含有約9.3克尿素，理論上，每升尿液可以產生8.64千瓦時的電力，足以供電6小時。2013年，英國科學家就發現了一種用尿液為手機充電的方法。
英國布里斯托機器人實驗室的研究者讓尿液透過微生物燃料電池堆來發電。如此產生的電力足夠為一部三星手機充電，從而實現簡訊傳送、網頁瀏覽和進行短暫通話。它還能產生足夠的電力，來為一個廁所隔間基於LED的照明系統供電。他們已經基於這樣的系統製成了一個小便池原型——Pee-Power，並已經安裝在大學校園裡。
圖片來源：原論文
巴西一家組織Afro Reggae也在城市擁擠地區安裝了特殊的尿液收集裝置，這些特殊的尿液收集裝置類似於水電站的工作原理，利用尿液的流動產生能量，然後將能量儲存在電池中，用於為狂歡節卡車提供動力。
另外，最近，有科學家開發了一種高效、低成本、環保的尿液電氧化制氫系統，利用尿液中的尿素制氫。這項新研究發表在《自然·通訊》雜誌上。
研究者採用Pt/C催化劑，使用模擬尿液和真實尿液進行實驗，模擬尿液中包含尿素、氯化鈉、氯化鉀等成分，以評估尿液在不同條件下的電氧化效能。結果顯示，尿液電氧化制氫的能量效率較高，與傳統水電解相比，具有顯著的節能優勢。這項研究為氫氣的可持續生產提供了一種新的途徑，有望降低制氫成本，提高能源利用效率。
除了供電，有科學家想要直接從尿液中提取肥料，於是啟動了一場“頗有味道”的尿液徵集活動。結果他們成功將尿素透過電化學反應，生成了高純度、高附加值的固體衍生物——過碳醯胺，純度近乎100%。而過碳醯胺在醫藥（抗炎、抑制腫瘤細胞增殖等）、紡織、食品、日化等領域用途廣泛。接著，研究者將過碳醯胺晶體新增到用於種植花生、小麥和生菜的土壤中，發現與使用傳統肥料種植的植物相比，這些植物長得更高。他們認為這要歸因於過碳醯胺肥料的結晶性質——它允許氮素在一段時間內緩慢釋放，並把這些結果於2025年1月發表在《自然·催化》上。
總的來說，尿液是種非常有趣的物質，而科學家一直在試圖變廢為寶，讓尿液這一每天大量產生的廢棄物變成一種“寶藏”，就像我們中世紀的鍊金術士嘗試用尿液鍊金一樣。
參考連結：
https://uwaterloo.ca/chem13-news-magazine/february-2019/feature/ancients-and-alchemists
https://www.nature.com/articles/s41467-025-57798-3
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