Устройство «два в одном» очищает сточные воды и использует их для производства электричества

Устройство «два в одном» очищает сточные воды и использует их для производства электричества

Ученые представили новую, более эффективную модель установки размером с бытовую стиральную машину, которая использует бактерии, содержащиеся в сточных водах, для генерирования электричества и их одновременной очистки. В докладе, представленном на 243-ей Национальной конференции Американского общества химиков (крупнейшего мирового научного сообщества), говорится, что промышленное внедрение инновационной установки может стать настоящей «палочкой-выручалочкой» для развивающихся стран и отдельных регионов США, которые страдают от нехватки водных ресурсов.

«Наш опытный образец создан на основе инноваций, которые позволяют перерабатывать в 5 раз больше сточных вод и в 6 раз эффективнее, при уменьшении затрат почти вдвое по сравнению с уже существующими аналогами», - отмечает кандидат наук Орианна Бретчгер, представившая результаты исследования на конференции Американского общества химиков. 

«Мы увеличили способность возврата энергии нового устройства с 2% до 13%, что уже само по себе является впечатляющим достижением. Таким образом, появилась возможность производить достаточно большие объемы энергии – при условии, что данная технология получит промышленное применение. В конечном счете, очистка сточных вод может стать бесплатной. Это значит, что страны развивающегося мира, южная Калифорния и другие районы США, испытывающие нехватку воды, получат более широкий доступ к чистой воде».

Существующие технологии очистки сточных вод преимущественно заключаются в отделении твердых компонентов от жидкости и ее дальнейшей очистке, прежде чем она попадает в водные пути. Их внедрение, как правило, требует использования отстойных резервуаров, мацераторов для измельчения более крупных объектов, мембран для фильтрации частиц и химикатов для уничтожения вредных бактерий. По оценкам некоторых ученых, применение данных технологий составляет около 2% от общего объема энергопотребления в США. 

Группа ученых под руководством Орианны Бретчгер разрабатывает в Институте Крейга Вентера новую модель микробного топливного элемента. Традиционные топливные элементы – аналогичные тем, что используются на космических кораблях и планируется установить в автомобилях будущей «водородной экономики» - преобразуют топливо непосредственно в электричество, не поджигая его. Они вступают в реакцию или, например, соединяют водород и кислород и производят электричество и питьевую воду.

Микробные топливные элементы имеют биологическое происхождение. Они используют органические вещества, содержащиеся в сточных водах, в качестве топлива, которое расщепляется микроорганизмами. В процессе бактерии производят отрицательно заряженные частицы – электроны – базовую единицу электричества. Электричество представляет собой поток электронов или других зарядов, передвигающихся по цепи.

В новых микробных топливных элементах используется обычная сточная вода стандартных очистительных станций. Метаболизируя или перерабатывая органические вещества, находящиеся в тине, бактерии, присутствующие в воде, испускают электроны. Бретчгер обнаружила, что микроорганизмы образуют «сообщества» в топливных ячейках, которые способны расщепить потенциально опасные загрязняющие вещества – например, бензол и толуол – которые могут содержаться в тине.

Микробная топливная ячейка представляет собой герметичный контейнер, где бактерии размножаются  на пленке с электродом, который аккумулирует производимые электроны. Тем временем, положительно заряженные частицы под названием «протоны» проходят через мембрану ко второму, негерметичному контейнеру. Здесь бактерии на другой электродной пластине соединяют кислород с протонами и потоком электронов из герметичного контейнера, производя воду или другие вещества – например, пероксид водорода.

По словам Бретчгер, новый топливный элемент вполне успешно справляется с удалением органических веществ из сточных вод – полученные данные подтверждают существенное снижение концентрации болезнетворных бактерий.

«Мы удаляем почти 97% органической материи, - отмечает исследовательница. – На первый взгляд кажется, что это очень много. Однако чтобы быть годной для питья, вода должна быть очищена на 99,99% и подвержена более тщательной дезинфекции». Тем не менее, по ее мнению, усовершенствованная топливная ячейка может однажды заменить отдельные элементы городской системы очистки сточных вод.

Свою первую микробную топливную ячейку ученые представили еще в прошлом году. С тех пор они увеличили объемы воды, которую способна обрабатывать их установка, с 20 до 100 галлонов (с 76 до 380 литров).

Исследователи также заменили титановые компоненты поливинилхлоридной рамкой и графитовыми электродами. Благодаря этому новая топливная ячейка стоит примерно 150 долларов на галлон – в 2 раза дешевле, чем предыдущий опытный образец. Ученые надеются в итоге снизить стоимость до 20 долларов или меньше, чтобы сделать устройство конкурентоспособным.  

Кроме того, Орианна Бретчгер сообщает, что нынешняя модель более чем в 6 раз эффективнее предыдущей – она позволяет превращать до 13% полезной энергии, содержащейся в тине, в электричество. На первый взгляд этот показатель не так уж впечатляет, однако большая установка мощностью 20-25% может произвести достаточно электричества, чтобы обеспечить функционирование стандартной водоочистной станции. По оценке некоторых ученых, обычный завод по очистке сточных вод потребляет столько электричества, сколько хватило бы на обеспечение электроэнергией 10 000 домов.

EnergyDaily, перевод с английского – Наталья Пристром

http://www.biofueldaily.com/reports/2_in_1_device_uses_sewage_as_fuel_to_make_electricity_and_clean_the_sewage_999.html

  • Дата публикации: 03.04.2012
  • 203

Чтобы оставить комментарий или выставить рейтинг, нужно Войти или Зарегистрироваться