Понедельник, 21 февраля 2022 23:56

Soilution – микробные топливные элементы

2d1d50b3944f89d94f307177bbe5a0d4 original

Трудно представить себе жизнь без электричества. Мы нуждаемся в нём почти также, как в воде или воздухе, и научились получать его многими способами: уголь, нефть, тепловые, атомные и гидроэлектростанции. Но у всего вышеперечисленного есть недостатки – будь то нехватка природных ресурсов, загрязнение окружающей среды, межгосударственные конфликты или риск возникновения аварии. Можем ли мы построить электростанцию абсолютно безопасную для природы и человека? Биология подсказывает, что можем.

Группа исследователей из Вагенингенского университета в Нидерландах под руководством доктора Марджолейн Хелдер разработала метод получения электроэнергии из живых растений и бактерий, живущих в почве. Используя солнечный свет, воду и атмосферный углекислый газ, растения образуют органические вещества (этот процесс известен также как фотосинтез). Микробы в почве используют полученные органические материалы и перерабатывают их, выделяя в процессе углекислый газ, ионы водорода и электроны.

Доктор Хелдер и её коллеги просто поместили положительные и отрицательные электроды (катоды и аноды) в места скопления бактерий и получили электрический ток!

2469509485318a8f0490d0ba96ff7e8e original

Такой метод получения электроэнергии полностью естественен и безопасен для окружающей среды, не требует никаких дополнительных материалов извне и является частью циклического процесса в природе. Но сколько электричества можно таким образом получить? Всё зависит от площади. По оценкам учёных, небольшой участок почвы размером 50 см х 50 см производит 5 V, а сад площадью 100 м² может дать достаточно электроэнергии, чтобы зарядить мобильный телефон или зажечь несколько светодиодных лампочек. Группа Вагенингена осветила целое здание светодиодными лампами, используя микробные топливные элементы (МТЭ).

Теория предполагает, что с помощью электрохимии в почве можно генерировать до 3,2 Вт электроэнергии на квадратный метр. Но самый высокий уровень, достигнутый до сих пор на практике, составляет лишь 1/16 часть от этого показателя (220 мВт/м2). Учёные видят возможности повышения эффективности путём увеличения площади травяных газонов и фермерских земель и обогащения почвы специальными электрогенными бактериями. Особого внимания, по мнению биологов, заслуживают такие растительные культуры, как рис, томаты, душистый тростник, люпин (волчий боб) и водоросли – эти растения в процессе своей жизнедеятельности наиболее интенсивно производят электрохимию.

41505314 836779290046070 5172155696954736640 n

Никто не может с точностью сказать, сколько времени понадобится почвенной электроэнергии для того, чтобы встать в один ряд с нефтяными вышками и атомными электростанциями. Но хорошая новость в том, что не нужно ждать всемирной популяризации микробных топливных элементов, чтобы использовать их в повседневной жизни. Всегда найдутся энтузиасты, готовые приспособить малоизвестные технологии к потребностям большинства. Федерико Мерц и его стартап SOILUTION – яркий тому пример. Вдохновлённый исследованиями в области электрохимии, итальянец создал светильник, работающий исключительно на технологии МТЭ.

52b3437a7da9b8add5f8d81ef5bc9219 original

SOILUTION – это беспроводная настольная лампа в виде живого растения в горшке. Её работоспособность не зависит ни от проводов, ни от батареек. Лампа полностью автономна и самодостаточна благодаря микробному генератору энергии, спрятанному внутри её корпуса. Она может вырабатывать электрический ток до 50 мВт и зажигать маленькие светодиодные лампочки непосредственно в результате деятельности микробов, живущих в почве. 

В среде с низким уровнем кислорода процветают так называемые анаэробные бактерии. Когда они питаются, они теряют часть энергии, полученной в результате сложных биохимических реакций, необходимых для расщепления пищи. Микробный топливный элемент собирает эту энергию в виде электронов, помещает их в цепь и производит электрический ток. При этом растения, принимающие участие в МТЭ, не получают абсолютно никакого вреда.

e6963d53272f119038660af35b76efce original

SOILUTION состоит из двух частей: основного горшка, в котором находится растение, и небольшого ящика, где непосредственно располагается генератор энергии. Конструкция является более чем компактной. Размер всей лампы – 15 см в длину и ширину и 36 см в высоту, а вес – не более 1,5 кг.

597bb24107f7e6aa7094450af55695cb original

Уход за SOILUTION очень прост. Микробные топливные элементы питаются водой и органическими материалами, которые фильтруют из почвы. Поэтому всё, что нужно делать – вовремя поливать растения и заботиться о дневном освещении для них. 

Внутри лампы можно разместить почти все растения, которые так популярны в домашнем садоводстве. Гиацинт, цикламен, бегония, фиалки или бархатцы – есть из чего выбирать. Можно даже засеять почву семенами однолетней зелени, например, базилика, салата или петрушки. Главное, чтобы растения, посаженные в лампу, нуждались во влажной среде, поэтому суккуленты, кактусовые и все, кто предпочитает сухую почву, для этой лампы не подойдут.

fa4ac61f674eb27a7064c6beef0c2590 original

b39943cfcc3924034985446fd73ca4c6 original

Простота конструкции SOILUTION наталкивает на мысль о том, что рано или поздно люди всех континентов обратят своё внимание на технологии МТЭ. Хочется верить, что это случится как можно скорее, потому что образ вновь позеленевшей планеты, освещенной светом растений, радует и вдохновляет.

Но сейчас, в ожидании светлого будущего, мы можем заняться изучением схемы с катодами и анодами, наведаться в цветочный магазин и попробовать самостоятельно собрать микробный генератор энергии.

Опубликовано в Технологии

Ссылки