Микробные топливные элементы

Микробные топливные элементы это не только альтернативная электроэнергия, но и отличное решение по утилизации отходов. Давайте в этой статье разберемся, как же человек научился получать электрический ток с помощью бактерий?

Для начала немного истории. Впервые микробиологические ячейки, микробные топливные ячейкикоторые вырабатывали ток, создал Барни Кохан в 1931 году. Его топливные элементы на выходе давали ток в 2мА. Конечно, эта разработка не могла сделать прорыв в науке, но направление было положено. Правда, более качественного шага пришлось ждать до начала нового тысячелетия. В 2002 году, энтузиастом микробных топливных элементов Стюартом Вилкинсоном, был создан робот, который работал от сахара. Как можно догадаться, сладкий продукт был пищей бактерий.

Следующая веха в истории микробных топливных ячеек -2002 год. Именно в это время группа ученых из лаборатории автономных интеллектуальных систем создала EcoBot-I. Как и робот Вилкинсона, “батарейка” работала на сахаре. Через два года лаборатория сделала апгрейт своего детища. EcoBot-II работала на гнилых фруктах и насекомых. Именно вторую версию EcoBot можно считать первой микробной топливной ячейкой, которая совмещала два главных критерия этого направления альтернативной энергетики, а именно получение электричества и переработки отходов.

Разработанная в 2007 году EcoBot-III отличалась от предыдущей версии большим числом генерированного тока. Он уже измерялся в милливаттах.

В описанных выше микробных топливных ячейках EcoBot главным минусом было то, что электроды вступали в реакцию с продуктами ферментации. Из-за этого снижалось количество выработанного тока. Уве Шредер смог увеличить количество вырабатываемого электричества в 10 раз придумав специальное покрытие для анода. Оно состояло из платины, что конечно не делало изобретение немецкого ученого бюджетным. Сегодня многие лаборатории мира пытаются изобрести такое покрытие, которое не было столь дорогим, но при этом оставалось достаточно эффективным.

Кроме дороговизны покрытия электрона, второй проблемой развития микробных топливных ячеек является малый выход тока. От того, как решат эти две проблемы современные “кулибины” и будет зависеть выход микробных топливных элементов на более качественный уровень, а именно прикладное применение в промышленности и быту.

Конечно, в ближайшее время не стоит ждать, что на каждой большой свалке установят такие системы, и они запитают целые города. Пока об этом речь не идет, но небольшие поселения вполне можно электрифицировать за счет бактерий. Так группа гарвардских ученых “Lebone” разработала свою микробную топливную систему и отправилась в африканскую Танзанию, чтоб на практике протестировать устройство. Топливные элементы английских ученых воспроизводили ток и грязи. Местные жители не верили в волшебство своих продвинутых друзей. Оказывается из того, по чему они ходят с момента рождения, можно извлекать ток.

Принцип действия микробных топливных элементов. Бактерии расщепляют углероды на углекислый газ, протоны и электроны. Так как доступ кислорода отсутствует, бактерии не могут образовывать воду (как они привыкли делать в природе), они просто передают электроны аноду, на котором их селят. По цепи электроны двигаются к катоду.

Но куда деваются протоны? Им предложена другая дорога. Они проходят через катионную мембрану и попадают в отдел топливной ячейки содержащую кислород. Катод в кислородной среде восстанавливает воду.

Большинство решений для микробных топливных элементов содержат графитовый анод со стальным сердечником. Это позволяет хорошо проводить электричество, и в то же время не взаимодействовать с топливом.

В качестве переработчиков топлива в ток могут выступать все анаэробные бактерии. Но наибольшую активность проявляют бактерии Geobacter. По сравнению с другими организмами, микробные топливные системы с таким “содержимым” выдают больше количества тока на единицу объема.

Но у этих бактерий есть минус. Они проигрывают сражение за “еду” соседям (если такие имеются) из-за чего их количество в топливной ячейке уменьшается.

Сегодня ученые пытаются добиться повышения выхода тока за счет бактерий, которые в природе встречаются в непригодных высокотемпературных условиях. Термофилы живут в гейзерах и вулканических зона. Они не только способны перерабатывать органику и образовывать ток, но и восстанавливать железо, серу и другие материалы. Работа по “приручению” термофилов ведется в нашей стране в лаборатории гипертермофильных микробных сообществ ИНМИ (РАН).

Микробные топливные элементы это отличное решение для получения тока из отходов. С помощью таких систем можно не только получить бесплатную энергию, но и утилизировать остатки жизнедеятельности человека, которые скапливаются на нашей планете с пугающей быстротой.

Pop Hi-Tech > Энергетика > Микробные топливные элементы

Похожие статьи

Оставить комментарий

Случайное видео с сайта

Интересное в науке
Нанороботы в медицине
Медицина будущего будет строиться на работе нанороботов. Уже сейчас в этом направлении есть замечательные прорывы. Стоит отметить хотя бы респироцита – наноробота, который выполняет функции кровеносного эритроцита
Далее . . .

Графен – материал будущего
Возьмите обычную пищевую пленку. Она почти ничего не весит, и при попытке ее порвать у вас это легко получится. Теперь представьте себе материал который в несколько раз тоньше пленки.
Далее . . .

Интересное в технике

iPad 4G. Новый планшетный компьютер от Apple
По последним данным, Apple контролирует 73% рынка персональных компьютеров. Первое устройство серии iPad в свое время и обеспечило такой колоссальный кусок самого перспективного рынка
Далее . . .

Энергетика
Альтернативная энергетика сегодня
После нефтяного кризиса 1973 года, многие страны стали складывать средства в альтернативную энергетику, то есть ту, которая не связана с производством энергии из нефти, газа и угля.
Далее . . .

quick input type=