Скоро мы сможем заряжать гаджеты при помощи самой природы, а микроорганизмы станут новым источником энергии. Этим сейчас занимаются ученые лаборатории экологической и медицинской биотехнологии в Научно-исследовательском центре «БиоХимТех» ТулГУ. Научный сотрудник лаборатории рассказал о «зеленой энергетике».
Традиционная энергетика, использующая в основном органическое топливо, оказывает вредное воздействие на окружающую среду, которое в перспективе может привести к глобальным изменениям климата. Поэтому пришло время задуматься о новых уникальных способах получения электроэнергии, о более безопасных и экологичных. Одна из таких технологий разрабатывается прямо в стенах ТулГУ. Расскажет о своей научной деятельности и инновационной разработке более подробно Роман Владимирович Лепикаш, младший научный сотрудник лаборатории экологической и медицинской биотехнологии.
— Роман Владимирович, что такое «зеленая энергетика»? Какие самые необычные разработки ведутся в России по данному направлению и насколько они необходимы?
— К «зеленой энергетике» относится использование всех видов возобновляемого топлива, к которым можно отнести энергию ветра, солнца, энергию движущегося потока воды и т. д. Грубо говоря, такие источники энергии считаются неисчерпаемыми и возобновляемыми. Помимо производства известных солнечных панелей и ветрогенераторов, в России ведутся разработки по термической конверсии биомассы (древесных опилок) и использованию геотермальной энергии. Они важны тем, что позволяют утилизировать отходы деревообрабатывающих производств. В перспективе такие подходы позволят обеспечить отдаленные районы экологически чистой электроэнергией. Кроме того, внедрение объектов «зеленой энергетики» позволяет снизить выбросы парниковых газов в атмосферу. Данная проблема стоит в повестке практически всех развитых и развивающихся стран.
— Какие проблемы могут возникнуть при переходе на «зеленую энергетику»?
— В первую очередь, низкий КПД подобных систем. Для солнечных панелей, например, такой показатель составляет около 25%. Это означает, что только четверть солнечной энергии может быть конвертирована в электричество. Следующая проблема — весьма низкая стабильность подобных источников. Солнце светит не круглый год, ветер дует непостоянно. Высокие материальные затраты и итоговая стоимость 1 киловатта в час также тормозят массовое применение возобновляемых источников энергии.
— Правда, что энергию можно получать даже из микроорганизмов?
— Сегодня уже существуют биоэлектрохимические системы на основе микроорганизмов, способные преобразовывать энергию химических связей органических соединений в электричество. Однако для функционирования таких систем постоянно нужны органические субстраты. Разработка нашей лаборатории примечательна тем, что поставщиком органических соединений для микроорганизмов являются растения, которые вырабатывают их в процессе своей жизнедеятельности. Таким образом, наша система является автономной и практически не требует вмешательства человека в ее работу.
— А как появляется электрический ток?
— Суть такова — есть камера с анодом и катодом. В катодной зоне находятся растения, которые в процессе своей жизнедеятельности выделяют органические вещества через корни. Органические вещества служат субстратом для микроорганизмов, которые обитают в анодной зоне и окисляются с помощью ферментативных систем клеток. В результате окислительных процессов выделяются электроны, которые накапливаются на аноде. При замыкании цепи электроны переносятся с анода на катод, происходит реакция восстановления и возникает электрический ток.
— Каков потенциал этой технологии в производстве электроэнергии?
— Эта технология относится к «зеленой энергетике». Производство энергии с помощью микроорганизмов и растений практически не вредит окружающей среде. Разработанное устройство может быть использовано для очистки сточных вод от различных органических и неорганических загрязнителей. Наличие растений позволяет снизить количество углекислого газа в атмосфере. Разработанное устройство в перспективе может быть использовано на очистных сооружениях для питания датчиков и создания автономных систем, которые могут мониторить параметры окружающей среды — температуру, влажность воздуха, почвы.
— А с помощью микроорганизмов можно зарядить гаджеты?
— Разумеется! Использовать энергию, которую получают с помощью микроорганизмов и органических субстратов, можно и сейчас, такие научные работы существуют.
— Какую проблему решает данная разработка в Тульской области?
— В дальнейшем для региона это может стать новым подходом к очистке сточных вод. В большинстве поселков Тульской области не существует централизованного отведения воды, поэтому большая часть стоков сбрасывается в какие-либо каналы. Так что наша система может использоваться в таких населенных пунктах как большая гидроботаническая площадка, которая способна очищать сточную воду и давать при этом электроэнергию.
— Опишите идеальный мир. К чему мы могли бы прийти в энергетике через лет 50?
— Я надеюсь, что человечество за 50 лет достигнет углеродной нейтральности, тем самым снижая антропогенную нагрузку на атмосферу. Но действительный прорыв может произойти в использовании энергии термоядерного синтеза
