Jak działają i jakie są problemy z obecnymi mikrobiologicznymi ogniwami paliwowymi?
Ujarzmianie bakterii na nasz użytek zawsze pobudza wyobraźnię, ale kiedy do tej mieszanki dorzucimy potrzebną naszemu społeczeństwu energię elektryczną, to robi się jeszcze ciekawiej. To właśnie mogą zapewnić mikrobiologiczne ogniwa paliwowe, będące obiecującą nową technologią wytwarzania energii elektrycznej. Jednak tylko w pewnym stopniu, bo od dawna nęka je nieefektywność. Innymi słowy, prądu za wiele nie produkują.
Czytaj też: Dyski protoplanetarne ujawniają swoje piękno. Jak formują się światy takie, jak Ziemia?
Dlatego też naukowcy z UCLA, których prace przedstawia niedawna publikacja w dzienniku Science, postanowili niedawno naprawić tę bolączkę mikrobiologicznych ogniw paliwowych. Dokonali tego w sposób prosty – karmiąc te konkretne bakterie srebrem, dzięki któremu stały się bardziej przewodzące. To z kolei poprawiło ich ogólne możliwości “prądotwórcze”, a tym samym efektywność mikrobiologicznych ogniw paliwowych, których bakterie są integralną częścią.
W praktyce obejmuje to wyhodowanie bakterii na specjalnych powierzchniach z elektrodami i następnie podawanie im materii organicznej, aby mogły się odżywiać i tym samym generować w procesie energię elektryczną. Problem w tym, że do tej pory ilość tej energii elektrycznej była niewielka i uniemożliwiała wykorzystanie tych ogniw w praktyce.
Czytaj też: Atomowe tornado – naukowcy stworzyli coś niezwykłego
Jak opracowano najwydajniejsze mikrobiologiczne ogniwa paliwowe?
Tak też zespół naukowców, w poszukiwaniu sposobu na poprawę tego stanu rzeczy, zaczął eksperymentować z bakterią Shewanella oneidensis, rozwijającą się w środowiskach o niskiej zawartości tlenu. Problem z jej efektywnością sprowadzał się do błony bakteryjnej, przez którą elektrony miały problem się przedostać.
Rozwiązaniem tego było wyhodowanie tych bakterii na elektrodach wykonanych z tlenku grafenu z osadzonymi w nim jonami srebra. Bakterie zaczęły redukować te jony do nanocząstek, które trafiały do ich komórek i tym samym pomagały wydostać się większej liczbie elektronów się na zewnątrz ich błon.
Dodanie nanocząstek srebra do bakterii jest jak tworzenie dedykowanej linii ekspresowej dla elektronów, która umożliwiła nam ekstrakcję większej liczby elektronów i przy większych prędkościach– mówi Xiangfeng Duan, autor badania
Czytaj też: Interferometria Pendellösung pozwoli na odkrycie piątej siły natury?
W ramach testu wykazano, że dzięki tym ulepszeniom bakterie zaczęły przenosić 81 procent wytwarzanych przez siebie elektronów do elektrody. To z kolei równa się z generowaniem 0,66 miliwata mocy na centymetr kwadratowy, co według naukowców jest najwyższą gęstością mocy dla mikrobiologicznego ogniwa paliwowego. Ich wykorzystanie w praktyce nadal jest jednak niejasne.
