Команда инженеров из Университета штата Орегон разработала новую технологию, улучшающую производительность микробных топливных элементов (microbial fuel cells, MFCs). Она в разы превосходит по энергетической эффективности другие аналогичные разработки и позволяет не только автономно питать очистные сооружения, но даже отдавать часть энергии другим потребителям.

В настоящее время на очистку сточных вод в разных странах тратится до 3 процентов всей вырабатываемой электроэнергии. Усугубляет ситуацию малая распространённость централизованной системы отведения и очистки, а также обилие частных хозяйств. Предложенная методика может в корне изменить технологию обработки сточных вод во всём мире, которая принципиально не менялась уже на протяжении веков.

Общий принцип микробного топливного элемента (МТЭ), объём которого может варьироваться от десятков до тысяч литров, основан на метаболизме загрязнителей микроорганизмами и получении в результате этого процесса электроэнергии. При окислении органических веществ бактериями, находящимися в анодной камере, электроны передаются на анод. Протоны проходят через полупроницаемую мембрану к катоду. Образуется разность потенциалов, и возникает электрический ток.

Общий принцип работы микробного топливного элемента

МТЭ в качестве субстрата могут использовать практически любой тип органических веществ. Помимо сточных вод их источником могут быть отходы животноводства, виноделия, пивоварения, etc. Среди первых заказчиков установок ожидают увидеть заводы пищевой промышленности.

Основная проблема заключается в том, что существующие штаммы бактерий требуют относительно большого времени для обработки сточных вод и извлечения из них энергии. Каждая новая порция стоков, поступившая до завершения очистки предыдущей, снижает эффективность всей системы. Благодаря усилиям генетиков планируется повысить скорость биохимических процессов новых штаммов на треть.

Хун Лю (Hong Liu) работает над повышением эффективности микробных топливных элементов (фото Университета штата Орегон)

Новые микробные топливные элементы отличаются от своих прототипов некоторыми деталями реализации. Уменьшено расстояние между электродами, использован другой материал ионноселективной мембраны и созданы более производительные штаммы бактерий. В результате этих модификаций мощность обновлённой установки превысила два киловатта на кубический метр сточных вод.

Дальнейшие разработки также направлены на повышение производительности, унификацию и удешевление используемых материалов.

Реклама на Компьютерре