Американские ученые усовершенствовали систему производства энергии за счет обработки отработанных вод

Инженеры из университета штата Орегон совершили прорыв, усовершенствовав микробные топливные элементы, которые могут производить электричество непосредственно из отработанной воды. Эта разработка позволит в будущем создать водоочистительные станции, которые не только будут самостоятельно обеспечивать себя электричеством, но и продавать его избыток. Применив новую технологию, разработанную в университете Орегона, можно произвести в 10-50 раз больше электричества на единицу объема, чем с помощью большинства методик, в основе которых лежит использование микробных топливных элементов.

Ученые утверждают, что их разработка может в итоге изменить способы очистки сточных вод по всему миру, заменив широко распространенный метод «активного ила», используемый уже почти столетие. Новая технология позволит производить значительные объемы энергии и при этом эффективно очищать отработанные воды.

Результаты проведенной работы, проспонсированной Национальным научным фондом, были недавно опубликованы в отраслевом журнале «EnergyandEnvironmentalScience».

 «Если эта технология получит коммерческое применение – как мы надеемся – очистка отработанной воды станет значительным источником энергии, а не огромной статьей издержек, - заявляет Хун Лю, доцент кафедры биологических и экологических технологий в университете штата Орегон. – Это позволит сэкономить существенные финансовые средства, обеспечить более эффективную обработку сточных вод и гарантировать энергетическую устойчивость».

По оценкам экспертов, около 3% энергии, потребляемой в США и других развитых странах, расходуется на обработку сточных вод, и большая часть этой энергии производится за счет ископаемых видов топлива, использование которых приводит к глобальному потеплению.

Однако биоразлагаемые свойства воды, используемые в полной мере, могут теоретически обеспечить производство гораздо большего объема энергии, чем расходуется сейчас на очистку различного рода стоков – и при этом не создают парниковых газов.

Несколько лет назад исследователи из университета Орегона сообщили о первых успехах в этой области, но используемые в то время системы производили гораздо меньше электричества. Внедрение последних открытий и разработок – сокращенного электродного расстояния, развитых микроорганизмов и новых сепараторных материалов позволили увеличить производство энергии  более чем до двух киловатт на кубический метр жидкостного реактора. Такая плотность энерговыделения значительно превышает все показатели, когда-либо достигнутые с помощью микробных топливных элементов.

Новая установка также оказалась результативнее методики производства электричества с помощью сточных вод, основанной на анаэробном разложении, в результате которого образуется метан; она очищает сточные воды более эффективно и не несет вредных последствий для окружающей среды – таких, как образование побочного сероводорода или возможный выброс метана.

По словам господина Лю, орегонская разработка уже доказала свою эффективность в лаборатории – следующим этапом станет испытание опытного образца в полевых условиях. В данный момент ученые ищут площадку для проведения эксперимента. Подходящим вариантом может стать завод обработки пищевых продуктов, представляющий собой замкнутую систему, которая постоянно производит определенные виды сточных вод, способных дать большое количество энергии.

В дальнейшем также потребуется определить наиболее оптимальные способы использования необходимых микроорганизмов, сокращения стоимости расходных материалов и усовершенствования методов применения технологии в промышленных масштабах.

Ученые ожидают, что как только первоначальные издержки будут сокращены, стоимость капитального строительства установки будет вполне сравнима с затратами на эксплуатацию системы «активного ила», широко используемой сегодня – и станет еще меньше, когда излишки электроэнергии начнут продаваться.

В основе новой технологии лежит подход, в корне отличающийся от принципа использования аэробных бактерий, применявшегося ранее. Микроорганизмы окисляют органическую материю и в процессе производят электроны, которые передвигаются от анода к катоду внутри топливной ячейки и производят электрический ток. Для генерирования электроэнергии можно использовать практически любые органические вещества – не только сточные воды, но и солому, отходы животноводства, а также побочные продукты от производства вина и пива. Эта технология может иметь большое значение для развивающихся стран, где доступ к электричеству ограничен и очистка сточных вод в отдаленных районах затруднена или вообще невозможна по этой причине.

Способность микроорганизмов генерировать электричество известна уже давно, но лишь некоторое время назад технологический прогресс сделал производство электроэнергии с их помощью настолько эффективным, чтобы их можно было использовать в промышленных масштабах.

EnergyDaily, перевод с английского – Наталья Пристром