Генерация электричества микроорганизмами из отходов

Микробные клетки, свободные от медиаторов, могут перерабатывать органические отходы и преобразовывать энергию, полученную непосредственно из растений

В настоящее время увеличение количества отходов и изменение климата беспокоят всё больше людей. Ученые работают над решением обеих этих проблем одновременно. Одним из вариантов может стать выработка электроэнергии из органических отходов. В этом могут участвовать определенные типы бактерий, разрушающие органические отходы, превращая энергию химических связей в электричество. [1]

Как работают микробные топливные элементы

Существует два типа микробных клеток: с опосредованным механизмом действия и свободные от медиаторов. [2]

Микробные клетки, действующие опосредованно, представляют собой сочетание медиаторов и электрохимически неактивных микробных клеток. Электрохимически неактивные клетки встречаются чаще, чем электрохимически активные. Однако, использование медиаторов может оказаться дорогостоящим производством и способствовать выделению токсичных веществ. [2]

Существуют также микробные клетки без медиаторов. Основанные на них микробные топливные элементы не нуждаются в медиаторах для переноса электронов на электрод. [2] Эти микробные клетки без дополнительного вмешательства могут перерабатывать органические отходы и преобразовывать энергию, полученную непосредственно из растений.

Одна интересная особенность таких микробных топливных элементов заключается в том, что они могут быть модифицированы для производства большего количества водорода, чем электричества. [3] Если удалить кислород и добавить небольшое напряжение в контур, можно производить газообразный водород. [3]

Применение микробных топливных элементов

Одним из наиболее распространенных применений таких топливных элементов является очистка сточных вод. В этом процессе микробные топливные элементы могут производить энергию для компенсации сопутствующих энергетических затрат.

Микробный топливный элемент может производить около 0,27 кВт∙ч на один кубический метр сточных вод. [4] Различные виды сточных вод содержат разное количество органических веществ. Это означает, что топливный элемент, использующий бытовые сточные воды, должен быть настроен иначе, чем, скажем, использующий сточные воды от животноводства. [1]

Источник:

Wesley Olmsted. «Выработка электричества с помощью микробов».

Ссылки:

[1] D. C. Holzman, «Микробная сила!» Environ. Health Persp. 113, A754 (2005).

[2] D. Lal, «Микробы для производства электричества», Indian J. Microbiol. 53, 120 (2013).

[3] B. E. Logan и J. M. Regan. «Электрогенерирующие бактериальные сообщества в микробных топливных элементах», Trends Microbiol. 14, 512 (2006).

[4] Y. Dong и другие. «Комбинированная система микробного топливного элемента и периодически аэрируемого биологического фильтра для самообеспечения энергией очистки сточных вод», Научный отчет 5, 18070 (2015).