Mikrobiologiczne ogniwo paliwowe – druga odsłona

Mikrobiologiczne ogniwo paliwowe – druga odsłona

Inżynier środowiska z Washington University w ST. Louis zbudował urządzenie generujące elektryczność, działające podobnie do wodorowego ogniwa paliwowego. Zasadnicza różnica względem ogniwa wodorowego, a jednocześnie główna korzyść polega na tym, że wytwarzanie energii elektrycznej napędza bakteryjny rozkład ścieków.

Cechą odróżniającą wynalazek względem klasycznych rozwiązań biologicznych ogniw paliwowych (MFC) jest konstrukcja, która zakłada umieszczanie kolejnych modułów, jeden nad drugim. W konsekwencji przepływ substancji czynnej odbywa się w kierunku wertykalnym – stąd zmodyfikowana nazwa ogniwa Upflow Microbial Fuel Cell (UMFC).

Profesor Angenent uważa, iż urządzenie może być w łatwy sposób skalowane, stosownie do ilości przetwarzanych ścieków. W przyszłości powinno wytwarzać energię w ilości wystarczającej do zaspokojenia potrzeb niewielkiej społeczności. Badanie przeprowadzone za pomocą prototypu ogniwa wskazują, że urządzenie może pracować w sposób ciągły, generując elektryczności i oczyszczając ścieki. Czas pracy ogniwa w uniwersyteckim laboratorium wyniósł ponad pięć miesięcy.

W klasycznym wodorowym ogniwie paliwowym pomiędzy anodą a katodą znajduje się membrana separacyjna. Wodór dostarczany do anody rozpada się na protony, które przechodzą przez membranę do katody, oraz elektrony, które przepływają przewodem łączącym katodę i anodę – wytwarzając w ten sposób elektryczność. Doprowadzenie tlenu do katody powoduje zajście reakcji chemicznej, której produktem jest woda. Do prawidłowego przebiegu procesu konieczne jest zastosowanie katalizatora w postaci platynowych elektrod przyspieszających przebieg reakcji.

Zasada działania UMFC jest analogiczna, jednak w tym przypadku nie istnieje potrzeba stosowania drogich elektrod platynowych. W roli katalizatora ‘zaangażowane’ zostały bakterie, których zadaniem jest przenoszenie protonów z katody do anody. W miejscu membrany stosowanej pomiędzy elektrodami ogniwa wodorowego, w nowej aplikacji zastosowano piankę węglową, która dzięki dużej liczbie porów, tworzy idealne warunki do rozwoju flory bakteryjnej. Mikroorganizmy tworzą na powierzchni anody warstwę organiczną, której własności mają zasadniczy wpływ na optymalny przebieg procesu i dają możliwości uzyskania większych prądów w przypadku skalowania całego układu.

Zdaniem profesora Angenent’a, produkcja elektryczności ze ścieków powinna stanowić najwyższy priorytet dla ludzkości, gdyż aktualnemu wzrostowi populacji, towarzyszy proces wyczerpywania się konwencjonalnych nośników energii (paliw kopalnych). Perspektywa produkcji elektryczności za pomocą ogniw wodorowych jest odległa za względu na dużą ilość energii zużywanej w procesie wytwarzania wodoru. Natomiast zastosowanie mikrobiologicznych ogniw paliwowych, w których elektryczność jest generowana bezpośrednio ze ścieków, skraca cykl przemian energetycznych, co przyczynia się do wzrostu sprawności i lepszego wykorzystania zasobów. Co więcej, ścieki zawierają dużą ilości materiału organicznego i mogą być wykorzystane również do produkcji gazów, np. metanu. Według autora urządzenia, bioelektryczność pochodząca z oczyszczalni zainstalowanej przy dużym zakładzie przetwórstwa spożywczego, zaspokoi potrzeby energetyczne ponad 900 amerykańskich gospodarstw.