Особенности выработки энергии микробами, очищающими сточные воды, исследуют ученые ИрГТУ и лаборатории НИИ Биологии ИГУ

Разработкой и запуском установки, вырабатывающей электрическую энергию в процессе очистки сточных вод, занимается аспирант кафедры водоснабжения, водоотведения, охраны и рационального использования водных ресурсов НИ ИрГТУ Алексей Лапковский совместно с научными сотрудниками лаборатории НИИ Биологии при ИГУ. Аспирант поясняет, что механизм работы микробных топливных элементов заключается в выработки электрической энергии в процессе жизнедеятельности микроорганизмов. По его словам, в настоящее время данная энергосберегающая технология переживает бурный подъем. Интерес к альтернативным источникам энергии связан с повышением цен на нефть и другие энергоносители, ужесточением экологического законодательства, мерами по уменьшению выбросов CO2 в атмосферу и т.п.

«Принцип технологии микробных топливных элементов (МТЭ) заключается в том, что микроорганизмы, окисляя органические субстраты, производят поток электронов. Этот поток за счет разницы окислительно-восстановительных потенциалов устремляется по проводнику, т.е. создается электрический ток, - говорит А. Лапковский. - Техническая реализация данного принципа стала возможна благодаря развитию в последнее время технологии протонообменных мембран, играющих важную роль в МТЭ, а также открытиям, связанным с получением чистых культур микроорганизмов-электрогенов (т.е. непосредственно передающих электроны от субстрата на электрод)».

Результаты экспериментов показали, что достаточно одной маленькой микробной топливной ячейки, чтобы загорелась лампочка. Ячейка состоит из двух камер (анодная и катодная), между которыми установлена протонная мембрана. В анодном пространстве при деструкции органического субстрата микробными клетками выделяются электроны и протоны. Протоны переходят в катодное пространство через мембрану. Электроны при отсутствии в анодном пространстве акцепторов электронов перемещаются к аноду и далее по внешней электрической цепи к катоду. В катодное пространство для замыкания цепи подается акцептор электронов - кислород. Такое устройство (в зависимости от объема реактора, микробиологического состава, субстрата) может вырабатывать от 1,4 V и более. При этом, в ходе очистки энергия возрастает.



Данный метод является перспективным способом производства электроэнергии из органических субстратов, в том числе и из отходов. Однако из-за низкой выходной мощности широкое применение МТЭ пока ограничено. А. Лапковский утверждает, что установка может эксплуатироваться на локальных очистных сооружениях для снабжения электричеством слаботочных сетей - которые являются неотъемлемой частью инженерного оснащения современного жилища, для освещения небольших прилегающих участков и других небольших хозяйственных целей.

«На данном этапе полученной мощности не достаточно для промышленного использования. Главный минус пока в том, что электричество накапливается в ходе всей очистки неравномерно. Если мы добавляем свежую порцию стоков (субстрата), уровень энергии сначала падает, а затем начинает постепенно возрастать, - рассказывает А. Лапковский. - Мы постараемся стабилизировать этот процесс, возможно, внося изменения как в плане микробиологии, так и в конструктивной части энергетической ячейки».

А. Лапковский подчеркивает, что МТЭ могут быть не только источником электрической энергии, но и водорода, причем из возобновляемого сырья – биомассы и отходов.

Ирина Афанасьева