Разработчики микробных топливных элементов мечтают о модифицированных супербактериях

Создана микробная топливная батарея (МТБ), которая превращает 13% энергии сточных вод в электричество, при этом очищая их до 98-процетного норматива. КПД кажется скромным, но эффект этого устройства может стать глобальным.

Из почти четырёх триллионов киловатт-часов, потребляемых США каждый год, 2% — около 80 млрд кВт•ч (и $25 млрд), или объём годового энергопотребления такой страны, как Чехия, — уходят на очистку сточных вод. Столь высокий процент неизбежен при широком распространении децентрализованной очистки, по определению менее энергоэффективной, чем централизованная сеть.

Даже в некоторых крупных городах США, таких как Индианаполис, Иллинойс, централизованной канализационной сети (за пределами небольшого центра) нет и не предвидится, что уж говорить о настоящих пригородах. Следовательно, в каждом дворе стоит аэрирующий насос небольшой, но постоянной мощности.

Ситуация за пределами США много хуже. Сточные воды частных домохозяйств нередко не проходят вообще никакой обработки. В большинстве стран третьего мира и, увы, в России практически нет нового строительства централизованных канализационных систем, а граждане знать не знают, что такое септик (тем более за несколько тысяч долларов!), и сливают всё в овраг или зовут ассенизаторов, которые… да, выплеснут откачанное всё в тот же первый встречный овраг.

«Потому что, товарищ милиционер, новых мощностей не строят, а старые и так перегружены».

Рис. 1. Общая схема микробной топливной батареи, установленной в септике (изображение Википедии).

Новый подход к очистке способен полностью избавить её от энергоподпитки со стороны. Дело в том, что в сточных водах примерно в 9 раз больше энергии, чем требуется для их очистки. Но как её извлечь?

Ю «Это весомый энергоисточник, который мы сейчас просто закапываем в землю», — сокрушается Орианна Бретшгер из Института Дж. Крейга Вентера в Сан-Диего (Калифорния). Г-жа Бретшгер описала разработанную ею 380-литровую микробную топливную батарею на 243-й Конференции Американского химического общества, закончившейся вчера в Сан-Диего.

Схема МТБ известна давно, но КПД в 2%, свойственный большинству имеющихся образцов, не позволял говорить о целесообразности внедрения таких устройств.

 

Теперь энергия, затрачиваемая на очистку, наконец-то сравнялась с той, которую МТБ позволяет получить от очищаемых вод. Энергетическое равновесие для очистки получено, подчеркнём, впервые.

Теперь главной проблемой септиков с МТБ остаётся низкий залповый сброс, который позволяют такие системы. Обычным бактериям, которые используются в септике с МТБ, нужно время для извлечения энергии из сточных вод. Спустив двухсотлитровую ванну, человек просто вымывает сточные воды из системы до того, как бактерии извлекут из неё энергию.

Чтобы покончить с этим раз и навсегда, требуется использование генетически модифицированных бактерий, уверена г-жа Бретшгер. С ними не только резко сократится время разложения сточных вод в МТБ-системах, что позволит увеличить их устойчивость к залповым сбросам, но и резко возрастёт КПД — до 30–40%, считает специалист.

Но тут просматриваются определённые трудности.

• Во-первых, американское Агентство по охране окружающей среды не имеет сейчас никаких устойчивых взглядов на использование ГМ-бактерий в септиках и последствия их случайного попадания в окружающую среду.
• Во-вторых, каждый слив из канализации дома означает, что таким ГМ-бактериям придётся бороться с атакой пришельцев — обычных бактерий. Очевидно, их надо будет создавать сверхконкурентоспособными, иначе их быстро вытеснят из септика соперники. Но кто может сказать, что случится, если сверхконкурентоспособные супербактерии дорвутся до обычных водоёмов?