Открыт новый источник энергии: сточные воды

Инженерам из Университета штата Орегон удалось представить микробные топливные элементы, которые могут производить электричество из сточных вод

Это достижение открывает дверь в будущее, где заводы по переработке отходов будут не только обеспечивать энергией самих себя, но и производить дополнительное электричество.

Новая технология, разработанная в Университете штата Орегон, может производить объемы электричества, в 10-50 раз превосходящие объемы, получаемые большинством других методов, использующих микробные топливные элементы.

Исследователи говорят, что их разработка может даже изменить представление о сточных водах, заменяя широко используемый процесс активирования ила, который применялся в течение почти столетия. Новый подход позволил бы производить значительное количество электричества, эффективно очищая сточные воды.

«Если эта технология будет работать в коммерческих масштабах, так, как мы себе это представляем, мы полагаем, что обработка сточных вод может стать огромным источником энергии, вместо того чтобы быть источником огромных энергозатрат, – говорит профессор отдела биологической и экологической разработки Орегонского университета Хун Лю. – Разработка могла бы оказать положительное воздействие во всем мире, позволила бы сэкономить много денег, обеспечить лучшую обработку воды и поддержать инициативу по экологической устойчивости».

Эксперты рассчитали, что приблизительно 3% электроэнергии, потребляемой в Соединенных Штатах и других развитых странах, используется на сточные воды, и большая часть этого электричества производится ископаемым топливом, что способствует глобальному потеплению. Но если использовать процессы разложения микроорганизмами в сточных водах и использовать весь потенциал, теоретически можно было бы много раз восполнить энергию, которая используется на то, чтобы обрабатывать их без дополнительных выбросов парниковых газов.

Исследователи Орегонского университета сообщили об этой технологии несколько лет назад, но в процессе использования производилось намного меньше электроэнергии, чем это возможно сейчас. С появлением новых концепций – уменьшенным промежутком катода-анода, развитыми микробами и новыми материалами сепаратора – технология способна производить более 2 КВт жидкого реакционного объема на кубический метр. Это количество энергии значительно превышает ранние разработки на основе микробных топливных элементов.

Система также работает лучше, чем альтернативный подход к созданию электричества от сточных вод, основанный на анаэробном перегнивании, в результате которого образуется метан. Новая технология эффективнее и не имеет ни одного из экологических недостатков, таких как производство нежелательного сероводорода или метана, мощного парникового газа.

Система исследователей из Орегона доказала свою состоятельность в ходе масштабных лабораторных экспериментов, утверждает Лю, и следующий шаг – предварительное тестирование в реальных условиях. Исследователи ищут подходящее место для проведения испытаний. Хорошим кандидатом, по словам ученого, мог бы быть завод пищевой промышленности, который оснащен системой, производящей устойчивое количество определенных типов сточных вод, которые смогли бы обеспечить производство значительного количества электричества.

Будущее исследование должно найти еще более оптимальное использование необходимых микробов, исследовать способ, как уменьшить затраты на материалы и улучшить функции технологии в коммерческих целях, говорят исследователи.

Эта технология чистит сточные воды с использованием иных подходов, чем аэробные бактерии, применяемые в прошлом. Бактерии окисляют органическое вещество и производят в данном процессе электроны, которые поступают от анода до катода в пределах топливного элемента, создавая электрический ток. Для производства электричества может использоваться почти любой тип органического отходного материала – не только сточные воды, но также отходы животноводства и побочные продукты от таких производств, как виноделие, пивоваренная или молочная промышленность.

Технология может быть особенно ценной в развивающихся странах, где доступ к электричеству ограничен и обработка сточных вод в отдаленных регионах затруднена или невозможна.

Способность микробов производить электрический ток была известна в течение многих десятилетий, но только недавно это стало технически возможным – производить электричество достаточно качественно, чтобы обеспечить его коммерческое применение.

Результаты исследования были опубликованы в Energy and Environmental Science, проект финансировался Национальным научным фондом.