Бактериальные топливные элементы выдают 2,87 Вт•ч электроэнергии с литра очищаемых сточных вод

У проекта OMEGA появился серьёзный конкурент на право утилизации сточных вод. Исследователи из Университета штата Орегон (США) под руководством адъюнкт-профессора Хун Лю добились от литра сточных вод биологического загрязнения энергетической отдачи в 2,87 Вт.

Цифра может показаться ничтожной, если вы не держите в уме общий объём таких вод, уверено растущий с каждым годом. Впрочем, конкуренция может и не сложиться: системы вполне способны дополнять друг друга, ведь орегонскую разработку, в отличие от OMEGA, планируют к сухопутному применению.

2–3% всей электроэнергии, вырабатываемой в США, тратится на аэрацию сточных вод. Сколько процентов (а также химических реагентов) уходит на очистку питьевой воды, увы, неизвестно. Бактериальные топливные элементы (БТЭ), о которых мы не раз писали, не только способны получать энергию от анаэробной обработки сточных вод, но и сами могут стать немаловажным источником электроэнергии. Однако для этого им нужно достичь определённых показателей энергоэффективности, которые оправдали бы материальные затраты на развёртывание таких систем.

Группа Хун Лю почти удвоила лучший результат своих предшественников в области эффективности БТЭ. (Здесь и ниже иллюстрации OSU.)

До сих пор лучшие результаты в этой области ограничивались 1,5 Вт•ч/л, посему об экономической целесообразности массового применения БТЭ никто не заикался. А вот 2,87 Вт•ч/л могут переломить ситуацию. При приложении этой цифры к одному кубическому километру сточных вод получается 2,87 млрд кВт•ч; общий же объём обрабатываемых сточных вод по всему миру оценивается ООН в 300 км³, а ещё 1 200 сейчас вообще никак не очищается в силу дороговизны (речь о странах третьего мира). Таким образом, использование нового источника энергии способно принести в год триллионы кВт•ч, что уже не назовёшь «скромным вкладом» в глобальный энергобаланс.

Учёные из Орегонского университета использовали в своих БТЭ бактерии, обычно являющиеся аэробными и очищающими воду от органических загрязнений в аэрационных системах обработки. Однако в БТЭ их изолировали от кислорода, и электроны, которые вместе с протонами и атомами кислорода составляют воду от этих бактерий, попадают на анод БТЭ, создавая электрический ток.

Необычным побочным продуктом при работе таких БТЭ может стать пластик. Но не простой, а на 100% биодеградирующий. Полигидроксиалканоаты (линейные полиэстеры), вырабатываемые анаэробами в живой природе, в промышленных масштабах требуют ГМ-бактерий, питаемых тростниковым сахаром — продуктом с высокой пищевой ценностью. Как оказалось, некоторые метанотрофы способны вырабатывать пластики этой группы сами и безо всякого сахара, требуя лишь метана, «добываемого» в качестве побочного продукта при работе БТЭ.

Кроме прочего, созданные БТЭ могут использоваться как источник сырья для стопроцентно биоразлагаемого недорогого пластика.

Хотя метан, полученный при переработке отходов, можно использовать для продажи, прежде его нужно очищать от примесей (в отличие от натурального газа), а это сразу сказывается на цене продукта. При этом 3–4 кг такого метана будут стоить не более 60–80 центов, в то время как из того же количества можно сделать килограмм стопроцентно биоразлагаемых полиэстеров, стоящий $4–5. Причём безо всякой предварительной очистки, в которой метанотрофы просто не нуждаются.

Соответствующее исследование опубликовано в журнале Energy & Environmental Science.

Подготовлено по материалам NewScientist и Университета штата Орегон.