04.04.2012

Разработана новая технология выработки энергии из сточной воды

Соединив две известные технологии получения электричества, ученые создали энергетическую ячейку, способную работать везде, где есть запасы сточной воды.

Основа нового метода производства энергии из сточной воды и соли – так называемый реверсивный электродиализ (RED), где электрический ток получается из-за разницы между ионными составами пресной и соленой воды. Суть его проста: в такой энергетической ячейке слои пресной и соленой воды разделены мембранами, которые воду сквозь себя не пропускают, но прозрачны для положительно или отрицательно заряженных ионов. Метод хорошо разработан, но у него есть ряд недостатков, главный из которых – большое количество мембран, необходимых для работы такого накопителя: модуль ячейки RED мощностью в 250 киловатт имеет размеры корабельного контейнера.

Группа исследователей из Университета штата Пенсильвания под руководством профессора Брюса Логана усовершенствовала эту технологию методом, который используется в микробных топливных элементах (MFC). Их работа опубликована в свежем выпуске журнала Science.

Это устройство, в котором работают колонии так называемых экзоэлектрогенных бактерий, которые способны очищать воду от органических веществ и при этом производить электрический ток.

Пару лет назад группа дополнила RED-накопитель микробным топливным элементом, и это привело к существенному сокращению числа мембран и увеличило его электрическую мощность.

Микробная реверсно-диализная энергетическая ячейка MRC, созданная ими, работала на разнице между морской и пресной водой. Бактерии, используемые в таких ячейках, широко распространены и живут там, где много промышленных и бытовых органических отходов, то есть в сточных водах. Использование сточных вод вблизи морских городов делало этот источник энергии практически неисчерпаемым и, по расчетам, давало доступ к 17 гигаваттам энергии отходов, теряющимся на побережьях США.

«Отходы могут дать нам от 7% до 17% всей электроэнергии, потребляемой в США», – говорит Логан.

Однако у таких ячеек MRC, работающих на морской воде, есть существенный недостаток: органические отходы быстро портят мембраны – их приходится постоянно чистить и соответствующим образом обрабатывать воду, что сильно затрудняет практическое использование этого метода. Тогда ученые решили морскую соль заменить другой – бикарбонатом аммония. Растворы бикарбоната аммония действуют в ячейках MRC точно так же, как и морская вода, но, в отличие от нее, не приводят к порче мембран.

Более того, протестировав энергетическую ячейку с бикарбонатом аммония, исследователи обнаружили, что она производит больше энергии, чем при работе с морской водой.

По словам Логана, это происходит потому, что в присутствии этой соли бактерии начинают активнее потреблять растворенную в воде органику, причем именно ту фракцию органики, которую обычно труднее всего удалять из воды и которую удаляют, применяя систему сложных фильтров. Логан заявляет, что, заменив очистку сточных вод от органических отходов микробными топливными ячейками, можно сэкономить около 60 гигаватт энергии.

Дополнительным и не менее важным плюсом созданных его группой энергетических ячеек является то обстоятельство, что, производя электроэнергию (или, в качестве варианта, водород), они не приводят к выбросу двуокиси углерода, парникового газа, с эмиссией которого сегодня в мире, как мы знаем, идет активнейшая борьба.

Григорий Колпаков

Источники:

1. Газета.Ru