|
Ученые из Пенсильванского государственного университета разработали микробный топливный элемент (MFC), который, по их словам, способен добывать значительное количество водорода из коммунальных, промышленных и сельскохозяйственных сточных вод и в тоже время очищать их.
По словам Брюса Логана, профессора в области экологических технологий, который непосредственно занимался разработкой MFC, разработанное устройство, по сути, является микробиологическим топливным элементом, в котором происходят те же реакции, что и в любом живом организме при переваривании пищи. Белки, жиры и углеводы подвергаются ферментативному окислению. В ходе этого процесса возникают свободные электроны, которые участвуют в процессе дыхания бактериальных клеток и в конце концов присоединяются к молекулам кислорода. Если обеспечить анаэробные условия (т.е. лишить клетки доступа кислорода), электроны можно «увести» в сторону и использовать их для генерирования тока во внешней электрической цепи. Недостаток заключается в том, что перерабатывая углеводы, бактерии способны генерировать лишь ограниченное количество водорода, при этом выделяя конечные побочные продукты ферментации вроде уксусной и масляной кислоты. Однако группа ученых обнаружила, что при воздействии на бактерии небольшими разрядами тока, около 0,25 В, в бескислородной среде, бактерии способны разлагать уксусную кислоту на углекислый газ и водород. В результате процесса удается получить в 4 раза больше водорода, чем при обычной ферментации. Генератор устроен следующим образом. Он имеет цилиндрическую форму. Центральный электрод MFC является катодом, он окружен протонообменной мембраной, которая проницаема только для протонов. Вокруг катода симметрично расположены восемь анодов. Ферментативное разложение бактерий и пищевых отходов происходит вблизи анода, при этом образуются протоны и свободные электроны. Электроны устремляются к аноду, а протоны — к катоду через мембрану. В пространстве между мембраной и катодом уже присутствуют молекулы кислорода. Протоны, кислород и поступающие с анода электроны используются для реакции образования молекулы воды, которая является продуктом реакции.
По словам Брюса Логана, для того, чтобы обеспечитьтопливом глобальную водородную энергетику, запасы биомассы в отходах недостаточны. Однако использование этого вида возобновляемой энергии может помочь существенно снизить значительные расходы на очистку сточных вод и даст определенные преимущества тем странам, которые сумеют использовать водород в качестве источника энергии.
|
