Электричество из микроорганизмов
как альтернатива альтернативной энергии?
Во-первых – для тех, кто не в курсе – да: мы на самом деле можем вырабатывать электроэнергию из микроорганизмов в качестве альтернативы обычной энергии из воды, ветра, солнца или пара. Уже более сотни лет учёные изучают способность самых маленьких живых существ на Земле производить энергию не для естественной своей деятельности. Такое преобразование называется биоэлектрохимической системой.
Ключевой её составляющей является Микробный Топливный Элемент (MFC). Это настоящая биотехнология в действии: устройство, в котором микроорганизмы преобразуют химическую энергию органических веществ в электричество.
Но как же всё-таки бактерии могут вырабатывать электричество, да ещё и столько, чтобы иметь потенциал стать источником возобновляемой энергии?
Дело в том, что MFC работает аналогично батареям. Другими словами – система как обычно имеет анодную и катодную камеры (отрицательный и положительный электроды соответственно), между которыми происходит обмен электронами, выделяемыми в аноде как раз с помощью микроорганизмов. Именно они способствуют разложению органических или неорганических веществ (субстратов) анодной камеры, благодаря чему электроны и образуются.
Хотя исследования микробных топливных элементов – это сравнительно новая, развивающаяся область, сейчас компаний, известных применением технологии в больших объёмах, уже немало. NASA также приняло на вооружение технологию MFC и в 2011 году был разработан микробный топливный элемент, который преобразует углекислый газ из воздуха внутри космического корабля в кислород, воду и метан.
Исследователи элементов MFC из ряда целого стран сосредоточено ищут решение задачи по налаживанию производства возобновляемой энергии и управлению отходами в крупных коммерческих масштабах. Примеры варьируются от переработки отходов пивоваренного завода в Китайском Харбине до обработки воды из озера в Икапуи (Бразилия). С одной стороны, это в обоих случаях снизит счета, ведь системы MFC могут вырабатывать электроэнергию без дополнительных источников питания. А с другой – на данный момент мы всё ещё недостаточно изучили вопрос для уверенного производства и эксплуатации MFC, особенно в коммерческих масштабах.
Решающим фактором в этом деле является выбор микроорганизмов, соответствующих задаче выработки энергии.
На сегодня группы бактерий, способных переносить электроны от своих клеток к электродам (так называемые экзоэлектрогены), – это Geobacter и Shewnella. Некоторые из их числа оказались просто-таки выдающимися в своём роде. Так, организмы Geobacter surreducens KN400 могут генерировать до 3,9 Вт электроэнергии на квадратный метр площади анода. А Shewanella putrefaciens даже превосходят их: они производят до 4,4 Вт/м2.
Однако поиски оптимальных вариантов не прекращаются. Ведь на самом деле экзоэлектрогены, являясь по природе своей такими же бактериями, что и остальное богатство мира микроорганизмов, можно встретить практически всюду – в сточных водах, компосте, навозе, грязи, речных или озёрных отложениях, болотах, морских и прочих экосистемах.
В этом свете особое место занимает Индонезия – страна с едва ли не самым высоким в мире биоразнообразием. Ассортимент микроорганизмов здесь настолько впечатляет, что до сих пор неизученными остались 90% этого богатства. С одной стороны, тут есть о чём сожалеть, а с другой – есть и на что надеяться, потому что потенциал этих мест предстаёт просто невероятным и воодушевляет учёных. Здесь перспектива управлять микроорганизмами как возобновляемым источником энергии может воплотиться в реальности.
Шаги в этом направлении уже делаются, однако это только штучные проекты, и подобные исследования в более широком масштабе всё ещё предстоят. Развитие, конечно, потребует поддержки и сотрудничества со стороны науки, инженерии, промышленности, бизнеса и правительства, – словом, всех заинтересованных сторон. Но давайте-ка оценим мотивацию: после успешного развития эта технология сможет решить проблему электроснабжения целой страны, оставив далеко позади ископаемое топливо.
Неплохой пример миру, не правда ли?
По материалам АРМК.