Обычные очистные сооружения потребляют огромное количество энергии. Но что, если сами бактерии, которые очищают воду, смогут производить электричество? Именно эту идею изучают учёные уже несколько десятилетий. Микробные топливные элементы (МТЭ) — это устройства, в которых живые микроорганизмы окисляют органические вещества из стоков и при этом генерируют электрический ток.
Внутри микробного топливного элемента находятся две камеры, разделённые мембраной. В анаэробной (безкислородной) камере бактерии «съедают» органику из сточных вод и выделяют электроны. Эти электроны через внешнюю цепь попадают в аэробную камеру, где соединяются с кислородом и протонами. В результате возникает электрический ток.
Такие системы одновременно решают две задачи: очищают сточные воды (снижают содержание органических загрязнителей) и вырабатывают электроэнергию. По данным обзоров, эффективность удаления органики в лабораторных и пилотных установках может достигать 60–90%, а плотность мощности варьируется от 100 до 2000 мВт на квадратный метр.
Преимущества и перспективы
Главное преимущество МТЭ — экологичность и замкнутость цикла. Вместо того чтобы тратить энергию на очистку, можно получать её. Кроме того, такие системы не требуют дорогостоящих катализаторов — роль «катализатора» выполняют сами бактерии.
Однако пока технология находится в стадии активного развития. Основные вызовы — относительно низкая мощность по сравнению с традиционными источниками энергии, необходимость поддержания оптимальных условий для бактерий и масштабирование установок до промышленных размеров.
Учёные видят большой потенциал в использовании МТЭ на очистных сооружениях, в сельском хозяйстве (для переработки навоза) и даже в удалённых районах, где нужно одновременно очищать воду и получать электричество. Некоторые исследования показывают, что комбинация микробных элементов с другими технологиями может значительно повысить их эффективность.
