Производство электроэнергии из сточных вод: российские химики заставляют работать микробы
Микробные топливные элементы (МТЭ) производят электричество за счет окисления органических веществ специальными микроорганизмами. Возможности этих устройств в последнее время значительно расширились, и ученые считают его гибрид с системами очистки сточных вод многообещающим источником зеленой энергии.
Ученые из ведущих российских университетов рассказали Sputnik о важности микробной энергии и своих достижениях в этой сфере.
Некоторые микроорганизмы способны питаться в бескислородной среде, окисляя органические вещества, одновременно выпуская электроны во внешнюю среду. В начале 20 века ученые пытались использовать такие микроорганизмы – экзоэлектрогены – для производства электричества, но до недавнего времени мощность МФЦ оставалась незначительной. Микробная батарея может работать на большом количестве органических веществ, включая сточные воды или промышленные отходы.
Ученые объяснили, что поиск оптимальной конфигурации MFC – непростая задача, требующая математического моделирования, которое учитывает материал электродов, концентрацию органического субстрата и скорость подачи, pH среды, геометрию системы и другие факторы.
«Мы разработали комплексную модель MFC, которая в деталях превосходит аналоги, в которой мы одновременно учли рост микробной популяции, скорость потребления и образования окисляемого органического вещества, электромиграцию протонов между электродами, диффузию органических компонентов и кинетика электрохимических реакций ».
«Используя модель, мы рассчитали новые фундаментальные закономерности системы и оптимизировали одну из ключевых характеристик – концентрацию органического субстрата», – сказала доцент Российского химико-технологического университета им. Д. Менделеева Виолетта Василенко.
Раствор глюкозы в смеси солей служил субстратом в аккумуляторах, а источником микроорганизмов был активный ил, используемый для очистки сточных вод. Приведены результаты исследований ученых Российского химико-технологического университета им. Д. Менделеева (МХТР). опубликовано в журнале Energies.
Ученые уточнили значения числовых параметров, включенных в модель, на основе результатов экспериментов, а затем использовали модель для расчета оптимальной концентрации глюкозы в питательном растворе. Ученые отметили, что с помощью предложенной модели можно оптимизировать и другие ключевые параметры MFC.
По словам Анатолия Антипова, ведущего научного сотрудника химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, спрос на различные электрогенераторы, использующие возобновляемое органическое сырье, постоянно растет на фоне неуклонно растущего потребления электроэнергии.
«Функционирование MFC определяется множеством сложных факторов, начиная от эволюции бактериальной среды и заканчивая кинетикой протекающих электродных реакций. Таким образом, экспериментальная оптимизация MFC часто становится чрезвычайно объемной задачей. Модель Созданный коллегами из MUCTR, помогает подбирать ключевые параметры на основе математических прогнозов, тем самым значительно сокращая объем экспериментов », – сказал Анатолий Антипов.
Исследование проводилось учеными кафедры информационных вычислительных технологий и кафедры биотехнологии Российского химико-технологического университета им. Д. Менделеева совместно с исследователями из Института физической химии и электрохимии им. Фрумкина РАН (ИПХЭ) РАН) и Генуэзского университета (Италия).
В будущем ученые из MUCTR планируют использовать новую модель для разработки гибридной системы очистки сточных вод с синхронной выработкой электроэнергии.
Химико-технологический университет им. Д. Менделеева – ведущий химико-технологический университет России. Работа университета направлена как на создание новых технологий, так и на внедрение их в промышленность: 40 кафедр и 20 лабораторий проводят передовые исследования и готовят молодых специалистов; в вузе есть опытные и опытные производства, технопарк, инновационно-технологический центр.
Источник
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
