Kiedy zastanawiamy się, w jaki sposób będziemy zaspokajać rosnące potrzeby energetyczne na świecie w ciągu XXI wieku, dyskusje zwykle toczą się między paliwami kopalnymi, takimi jak węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny, a nowymi alternatywnymi źródłami energii, takimi jak energia wiatrowa i słoneczna . Jednak naukowcy i inżynierowie coraz częściej zastanawiają się nad możliwością wykorzystania nieoczekiwanego źródła paliwa w celu wytworzenia elektryczności: ścieków, które rutynowo spłukujemy do kanalizacji.
Na początku tego tygodnia inżynierowie z Uniwersytetu Stanowego w stanie Oregon ogłosili nowy postęp w dziedzinie mikrobiologicznych ogniw paliwowych wytwarzających energię elektryczną ze ścieków. Jak opisano w artykule w czasopiśmie Energy and Environmental Science, opracowali technologię, która wykorzystuje bakterie do pozyskiwania energii z biodegradowalnych składników ścieków w tempie 10 do 50 razy wydajniejszym niż poprzednie metody.
Inżynier Hong Liu pracuje w laboratorium z ogniwem paliwowym. (Zdjęcie przez Oregon State University) „Jeśli technologia ta działa na skalę komercyjną w sposób, w jaki wierzymy, oczyszczanie ścieków może być ogromnym producentem energii, a nie ogromnym kosztem energii”, powiedział Hong Liu, jeden z autorów badania. „Może to mieć wpływ na cały świat, zaoszczędzić dużo pieniędzy, zapewnić lepsze uzdatnianie wody i promować zrównoważoną energię.”
Obecnie konwencjonalne metody oczyszczania ścieków zużywają dużo energii - szacują eksperci około około trzech procent całej energii elektrycznej zużywanej w kraju. Jeśli naukowcy są w stanie znaleźć skuteczny sposób generowania elektryczności w ramach tego procesu, mogą obrócić to równanie na głowie. Pomysł ten istnieje już od jakiegoś czasu, ale dopiero niedawno praktyczne postępy zbliżyły nas do komercyjnego zastosowania tej zasady.
Poprzednie metody opierały się na fermentacji beztlenowej, w której bakterie rozkładają biodegradowalne elementy w ściekach pod nieobecność tlenu i wytwarzają metan (gaz ziemny) jako produkt uboczny. Gaz ten można następnie zebrać i spalić jako paliwo.
Natomiast technologia zespołu stanu Oregon wykorzystuje biodegradowalny materiał w ściekach do zasilania bakterii tlenowych, które trawią substancje za pomocą tlenu. Kiedy drobnoustroje utleniają te składniki ścieków - a następnie oczyszczają wodę - wytwarzają stały strumień elektronów. Gdy elektrony przepływają z anody do katody w ogniwie paliwowym, wytwarzają prąd elektryczny, który można bezpośrednio wykorzystać jako źródło energii. Ponadto proces ten oczyszcza wodę bardziej skutecznie niż trawienie beztlenowe i nie wytwarza niepożądanych produktów ubocznych.
W laboratorium konfiguracja zespołu - która poprawia w porównaniu z poprzednimi projektami z bardziej rozmieszczonymi anodami i katodami oraz nowym procesem separacji materiałów, który izoluje zawartość organiczną ścieków w bardziej skoncentrowanej formie - wytwarzała więcej niż dwa kilowaty na metr sześcienny ścieków, znacznie większa ilość niż poprzednie technologie fermentacji beztlenowej. Dla porównania przeciętne amerykańskie gospodarstwo domowe zużywa w danym momencie około 1, 31 kilowata energii elektrycznej. Nowe urządzenie może działać na dowolnym materiale organicznym - nie tylko ściekach, ale także słomie, odpadach zwierzęcych i produktach ubocznych z przemysłowej produkcji piwa i nabiału.
Naukowcy twierdzą, że sprawdzili tę technologię w dość znacznej skali w laboratorium i są gotowi do przeprowadzenia pilotażowego badania na dużą skalę. Poszukują środków na budowę ogniwa paliwowego na dużą skalę, najlepiej w połączeniu z zakładem przetwórstwa spożywczego, który zapewniałby jednolity przepływ dużych ilości ścieków. Przewidują, że po sprawdzeniu technologii i obniżeniu kosztów budowy, zastosowanie tego rodzaju oczyszczania ścieków spowoduje wytwarzanie taniej energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych i zmniejszy koszty przetwarzania ścieków.
Technologia ta byłaby szczególnie atrakcyjna w kraju rozwijającym się, gdzie natychmiast rozwiązałaby dwa problemy: brak taniej energii elektrycznej i niedobór czystej wody. Nadal trwają badania nad poprawą wydajności procesu, ale wydaje się, że wkrótce dni spłukiwania energii w toalecie dobiegną końca.
