Электричество из сточных вод

Среди альтернативных источников энергии особое место занимает биоэнергетика, использующая в производстве энергии биотопливо, получаемое  из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов. Не выделяясь особо высоким уровнем энергоотдачи (по сравнению с другими альтернативными источниками энергии), этот источник возобновляемой энергии завоевывает все большую популярность благодаря своим экологическим кондициям.

Оригинальную разработку  в области микробных биотопливных элементов, в основе функционирования которых лежат процессы биокаталитического окисления органических веществ и преобразование энергии микробного метаболизма в электрическую энергию, представили на выставке НТТМ-2013 молодые ученые и специалисты из Краснодара. 

«Принцип действия разработанного устройства довольно прост, — рассказывает один из  разработчиков Александр Козицын. —  Органическая молекула может быть окислена микроорганизмом до углекислого газа, при этом освобождая электроны и протоны. Так, например, из глюкозы может быть получено 24 электрона (рис. 2). В живых организмах электроны проходят по цепочке ферментов, составляющих так называемую дыхательную цепь, что приводит к сопряженному синтезу молекул АТФ. «Отработанные» электроны сбрасываются клеткой на внешний дыхательных акцептор – молекулярный кислород, который, соединяясь с протонами, образует воду (рис. 3). Природу здесь можно «обмануть», предложив клетке вместо кислорода, в качестве внешнего акцептора, графитовый электрод. Он, напрямую или через переносчики-медиаторы, принимает электроны в качестве анода. Освобождающиеся протоны из ёмкости с бактериями через специальную протонселективную мембрану перемещаются в смежный сосуд с катодом. В результате при замыкании цепи между электродами возникнет электрический ток, в который можно включить полезную нагрузку». 

Генерируемый здесь электрический потенциал не так велик – он составляет чуть более 1 вольта. Но зато в такой системе можно использовать в качестве топлива практически любые органические субстраты  - лишь бы они усваивались бактериями. 

В настоящее время уже обнаружены специфические «электрогенные» микробы, например геобактер и шеванелла, формирующее основу анодофильной микрофлоры. Таким образом, выработку электроэнергии можно вести, перерабатывая самые различные органические продукты.  Это могут быть коммунальные сточные воды, органические стоки пищевой, текстильной и легкой промышленности, отходы молочных, животноводческих, других пищевых производств. Микробные топливные элементы выступают здесь как устройства биологической очистки с одновременным извлечением энергии. Производительность такой  технологии пока не велика, но её развитие уже идёт бурными темпами в странах Запада, Юго-Восточной Азии.

В нашей стране также проводятся научные и экспериментальные исследования в Московском, Тульском, Кубанском и других госуниверситетах. И, возможно, полагают исследователи, недалёк тот день, когда наряду с индивидуальными солнечными батареями на крышах, во многих наших домах появятся и биотопливные элементы на сточных трубах. 

Представленный на ВВЦ проект «Микробный топливный элемент» получил премию «Победитель» в секции «Топливо и энергетика»  на выставке НТТМ-2013.