Когда мы размышляем о том, как мы будем удовлетворять растущие мировые потребности в энергии в течение XXI века, обычно обсуждаются колебания между ископаемым топливом, таким как уголь, нефть и природный газ, и новыми альтернативными источниками энергии, такими как энергия ветра и солнца., Однако ученые и инженеры все чаще рассматривают возможность использования маловероятного источника топлива для выработки электроэнергии: сточных вод, которые мы регулярно смываем в канализацию.
Ранее на этой неделе инженеры Орегонского государственного университета объявили о новом прогрессе в области микробных топливных элементов, которые вырабатывают электричество из сточных вод. Как описано в статье в журнале Energy and Environmental Science, они разработали технологию, которая использует бактерии для сбора энергии из биоразлагаемых компонентов сточных вод со скоростью, которая в 10-50 раз эффективнее, чем в предыдущих методах.
Инженер Хонг Лю работает с топливным элементом в лаборатории. (Фото через Университет штата Орегон) «Если эта технология будет работать в коммерческом масштабе, как мы думаем, очистка сточных вод может стать огромным источником энергии, а не огромных затрат энергии», - сказал Хун Лю, один из авторов исследования. «Это может оказать влияние на весь мир, сэкономить много денег, обеспечить лучшую очистку воды и повысить энергетическую устойчивость».
В настоящее время традиционные методы, используемые для очистки сточных вод, потребляют много энергии - примерно три процента всей электроэнергии, используемой в стране, по оценкам экспертов. Если ученые смогут найти эффективный способ выработки электроэнергии как часть процесса, они могут перевернуть это уравнение с ног на голову. Эта концепция существует уже некоторое время, но лишь недавно практические достижения приблизили нас к коммерческому применению этого принципа.
Предыдущие методы основывались на анаэробном сбраживании, при котором бактерии расщепляют биоразлагаемые элементы в сточных водах в отсутствие кислорода и производят метан (природный газ) в качестве побочного продукта. Затем этот газ можно собирать и сжигать в качестве топлива.
Технология штата Орегон, напротив, использует биологически разлагаемый материал в сточных водах для подачи аэробных бактерий, которые переваривают вещества с использованием кислорода. Когда микробы окисляют эти компоненты сточных вод и, в свою очередь, очищают воду, они производят постоянный поток электронов. Когда электроны текут от анода к катоду в топливном элементе, они производят электрический ток, который может быть непосредственно использован в качестве источника энергии. Кроме того, этот процесс очищает воду более эффективно, чем анаэробное сбраживание, и не дает нежелательных побочных продуктов.
В лаборатории установка команды - которая улучшает предыдущие проекты с более близко расположенными анодами и катодами и новым процессом разделения материала, который изолирует органическое содержание сточных вод в более концентрированной форме - производила более двух киловатт на кубический метр сточных вод, значительно большее количество, чем предыдущие технологии анаэробного пищеварения. Для сравнения, среднее домашнее хозяйство США использует приблизительно 1, 31 киловатта электроэнергии в любой момент времени. Новое устройство может работать на любом органическом материале - не только на сточных водах, но также на соломе, отходах животного происхождения и побочных продуктах промышленного производства пива и молочных продуктов.
Исследователи говорят, что они испытали технологию в довольно значительных масштабах в лаборатории и готовы приступить к крупномасштабному экспериментальному исследованию. Они ищут финансирование для создания крупномасштабного топливного элемента, в идеале в сочетании с заводом по переработке пищевых продуктов, который обеспечил бы последовательный и большой объем сточных вод. Они прогнозируют, что после того, как технология будет проверена и затраты на строительство снизятся, применение такого рода обработки сточных вод позволит производить дешевую возобновляемую электроэнергию и снизить стоимость обработки сточных вод.
Эта технология будет особенно привлекательной в развивающейся стране, где она сразу решит две проблемы: нехватка дешевого электричества и нехватка чистой воды. Исследования по повышению эффективности процесса все еще продолжаются, но кажется, что достаточно скоро, дни слива энергии в унитаз закончатся.
