Топливные элементы на основе почвенных микробов для очистки воды

«Использование технологии топливных элементов на основе почвенных микробов для удовлетворения ежедневных потребностей семьи в воде уже достижимо в лабораторных условиях, однако осуществление этого процесса на открытом воздухе и с помощью системы, требующей минимального обслуживания, является гораздо более сложной задачей»

Инженеры Университета Бата показали, что можно улавливать и использовать энергию, создаваемую естественными реакциями, происходящими в микроорганизмах, обитающих в почве. Группа инженеров-химиков и электриков продемонстрировала возможности использования простых и дешевых «почвенных микробных топливных элементов» (SMFC), находящихся в земле, для питания электрохимического реактора, очищающего воду.

Концепция была продемонстрирована во время полевых испытаний на северо-востоке Бразилии, во время которых было продемонстрировано, что сконструированные SMFC способны очищать около трех литров воды в день - этого достаточно для удовлетворения ежедневных потребностей человека в питьевой воде.

Испытания проводились в Икапуи, рыбацкой деревне, расположенной в отдаленном полузасушливом месте, где основным источником питьевой воды является дождь, а доступ к надежной электросети ограничен.

Дождевая вода должна быть хлорирована, чтобы ее можно было пить. Однако бесконтрольное хлорирование не только вызывает неприятный вкус и запах, но и опасно для здоровья человека, поэтому необходимы поиски и внедрение безопасных методов очистки воды.

SMFC генерируют энергию за счет метаболической активности определенных микроорганизмов, естественным образом присутствующих в почве, которые способны переносить электроны за пределы своих клеток.

Система, разработанная исследователями, состоит из двух углеродных электродов, расположенных на фиксированном расстоянии друг от друга (4 см) и подключенных к внешней цепи. Один электрод (анод) погружается в почву, а другой (катод) подвергается воздействию воздуха на ее поверхности.

Микроорганизмы, находящиеся на поверхности анода, «поглощая» органические соединения, присутствующие в почве, генерируют электроны. Эти электроны переносятся на анод и перемещаются к катоду через внешнюю цепь, генерируя электричество. Сложив несколько SMFC и подключив их к батарее, можно собирать и хранить эту энергию для дальнейшего питания электрохимического реактора, очищающего воду.

Дешевое и надежное решение проблемы хлорирования питьевой воды

Полученное устройство создает небольшое количество энергии, которую можно использовать для очистки до трех литров воды примерно за день. На данный момент требуется проведение дальнейших исследований, чтобы увеличить возможности технологии.

Исследователи стремятся усовершенствовать конструкцию устройства и повысить его эффективность, чтобы можно было получать очищенную воду в объеме, достаточном для целой семьи. Для этого необходимо преодолеть три проблемы: добиться выработки достаточного количества энергии; разработать систему эффективного сбора и хранения полученной энергии; достичь необходимой эффективности обработки воды, чтобы она была пригодной для питья.

«Использование технологии топливных элементов на основе почвенных микробов для удовлетворения ежедневных потребностей семьи в воде уже достижимо в лабораторных условиях, однако осуществление этого процесса на открытом воздухе и с помощью системы, требующей минимального обслуживания, является гораздо более сложной задачей. Реализованный проект демонстрирует, что SMFC обладают реальными возможностями в качестве устойчивого источника питья с низким энергопотреблением».

Источник: University of Bath