Proveržis energetikos srityje: net ir šlapimas gali tapti nauju švarios energijos šaltiniu

Klimatui šylant, šalys susiduria su dvilypiu iššūkiu: užtikrinti energetinį saugumą ir kartu mažinti anglies dioksido emisijas. Vėjo ir saulės energija jau tapo patikimais atsinaujinančiais šaltiniais, tačiau jų mastą dar reikia gerokai didinti, kad būtų sumažinta priklausomybė nuo iškastinio kuro.

Mokslininkai vis aktyviau kuria naujoviškus būdus švaresnei energijai išgauti. Viena iš pažangių krypčių – naudoti gausiai susidarančias atliekas elektros gamybai. Mikrobinės kuro celės yra metodas, turintis didžiulį potencialą vienu metu patenkinti energijos poreikį ir apdoroti atliekas.

MFC – tai bioelektrocheminiai įrenginiai, kuriuose mikroorganizmai oksiduoja organines medžiagas ir taip generuoja elektros energiją. Organinė medžiaga dažniausiai yra atliekos, kurios oksiduojamos anode; jų oksidacijos metu išsiskyrę elektronai teka elektros grandine ir sukuria elektros srovę.

MFC jau taikomos įvairiose srityse – nuo vandens desalinacijos iki nuotekų valymo, nes pagrindinė jų funkcija yra teršalų šalinimas, o elektros gamyba tampa vertingu šalutiniu produktu.

Profesorius Vijaya Raghavanas iš „McGill University“ bioišteklių inžinerijos katedros su komanda nusprendė ištirti, ar MFC gali naudoti žmogaus šlapimą kaip substratą. Jie siekė nustatyti, kaip skirtingos šlapimo koncentracijos veikia elektros gamybą.

„Nors žinoma, kad MFC gali valyti nuotekas ir generuoti elektros energiją, konkreti skirtingų šlapimo koncentracijų įtaka jų elektrocheminei funkcijai, teršalų šalinimo efektyvumui ir mikrobinės bendrijos elgsenai iki šiol buvo menkai suprantama“, – aiškino Raghavanas pranešime spaudai.

Ką tyrė mokslininkai?

Tyrimo metu mokslininkai sukonstravo keturias dviejų kamerų mikrobinės kuro celes ir naudojo sintetinių nuotekų bei žmogaus šlapimo mišinius, kuriuose šlapimo koncentracija didėjo iki 20, 50 ir 70 procentų.

Dvi savaites jie matavo teršalų pašalinimo efektyvumą, vandens valymo rodiklius ir energijos išgavimą iš šių MFC. Paaiškėjo, kad didesnė šlapimo koncentracija pagerino elektros gamybą.

„Šlapime gausu būtinų jonų ir organinių junginių, kurie skatina spartesnę mikroorganizmų veiklą, todėl didėja išgaunama galia ir efektyviau skaidomi teršalai“, – teigė Raghavanas.

Mikroorganizmų vaidmuo elektros gamyboje

Nors MFC sudėtyje yra kelių rūšių bakterijų, tyrėjai nustatė, kad esant skirtingoms šlapimo koncentracijoms ryškiausiai dominavo „Sediminibacterium“ ir „Comamonas“ gentys. „Sediminibacterium“ vyravo sistemose iki 50 procentų šlapimo koncentracijos, o „Comamonas“ tapo dominuojančia, kai šlapimo dalis buvo didesnė.

Ši informacija itin svarbi, nes bakterijų rūšių dominavimas gali paaiškinti elektros generavimo pokyčius ir padėti geriau suprasti, kaip sistema funkcionuoja bei prisitaiko.

„Šis tyrimas užpildo esamą spragą, sistemingai nagrinėdamas, kaip skirtingos šlapimo proporcijos veikia MFC elektrocheminį ir biologinį našumą“, – pabrėžė Raghavanas.

Pasak jo, tokios sistemos galėtų būti diegiamos kaimo vietovėse ar nuo katastrofų nukentėjusiuose regionuose, kur jos tiek generuotų elektros energiją, tiek valytų atliekas. Be to, tai galėtų tapti pigiu biosensoriumi, kuriam nereikalinga sudėtinga įranga.