Форсайт 2050

Учёные получили от микробов чистый водород

Авторы новой системы придумали, как вырабатывать даровой водород в ходе самоподдерживающегося процесса, требующего в качестве сырья органические отходы, а также солёную и пресную воду.

Брюс Логан (Bruce Logan) и Ёунк Ким (Younggy Kim) из университета Пенсильвании продолжили начатую несколько лет назад тему микробных электролизёров.

Напомним, в таких аппаратах водород выдают бактерии, перерабатывающие органику. Но для преодоления так называемого барьера брожения микробам нужна была небольшая помощь — напряжение, подводимое извне. В противном случае вместо чистого водорода получаются его соединения.

Затраты электричества делают бактериальные электролизные ячейки не слишком привлекательными. Для преодоления этого недостатка три года назад китайцы скрестили бактериальный электролизный аппарат с микробными же топливными элементами.

А Логан и Ким решили пойти иным путём. Они вспомнили, что разность потенциалов можно получить, объединив анод, катод с мембраной между ними и подав в соседние полости морскую и речную воду. Перемещение ионов через ячейку создаст ток. (Генераторы на таком принципе мы уже видели.)

Новаторы из Пенсильвании соединили упомянутый выше принцип с технологией микробных топливных и электролизных элементов. Исследователи собрали сэндвич из пяти пар отсеков с солёной и пресной водой, добавив снаружи электроды.

В область анода изобретатели поместили бактерии, способные в ходе метаболических реакций (окисления ацетатов) выдавать электроны во внешнюю среду. Получилась «микробная электролизная ячейка на обратном электродиализе» (microbial reverse-electrodialysis electrolysis cell — MREC).

Опыт показал, что аппарат MREC способен производить топливо с темпом 0,8-1,6 м³ H₂ на 1 м³ анолита в сутки при расходе морской и речной воды в количестве от 0,1 до 0,8 мл/мин.

Правда, при этом на катоде в качестве катализатора была использована платина. Замена её на более дешёвое вещество, сульфид молибдена (MoS₂), привела лишь к некоторому снижению эффективности устройства. В первом случае КПД составлял 58-64%, а во втором — 51%. Насосные затраты оказались равны 1% от вырабатываемой (в виде водорода) энергии.

Как передаёт BBC News, авторы MREC уверены, что такие устройства пригодятся в очистке сточных вод, содержащих биоразлагаемую органику. Новые ячейки вырабатывали бы из грязной воды чистый водород без потребления электрической энергии извне.

(Результаты нынешнего опыта можно найти в статье в PNAS.)