A megújuló energiaforrások térnyerésével ma már magától értetődő, hogy a napból, a szélből vagy a vízből termelünk áramot. Arra azonban kevesen gondolnának, hogy mindennapi életünk egyik legegyszerűbb mellékterméke, az emberi vizelet is hasznos lehet a jövő energiamegoldásaiban. A McGill Egyetem kutatói legújabb vizsgálatukkal bizonyították, hogy a vizelet nem egyszerű hulladék, hanem ionokban gazdag alapanyag, amelyből egy új technológia közvetlenül áramot tud előállítani.
Főszerepben a baktériumok
Bár ritkán hallunk róluk, léteznek olyan eszközök, amelyekben baktériumok állítanak elő elektromos áramot. Ezeket hívják mikrobiális üzemanyagcelláknak (microbial fuel cells, MFC), és a működésük a természet egyik alapfolyamatára épül. A mikroorganizmusok ugyanis, miközben „megeszik” a szerves anyagokat – például szennyvízben található szennyeződéseket –, az anyagcsere során elektronokat szabadítanak fel. A szerves anyag lebontásakor keletkező elektronok az anódtól a katód felé vándorolnak egy külső áramkörön át. Ez a mozgás maga az elektromos áram. A csavar az egészben az, hogy miközben áramot termel, a rendszer közben a vizet is tisztítja.
Minél több, annál jobb
A kutatók arra voltak kíváncsiak, hogyan reagál a rendszer, ha nem laboratóriumi oldattal, hanem valósághűbb, emberi vizeletet tartalmazó közeggel táplálják. A kísérlethez négy különálló, kétkamrás mikrobiális üzemanyagcellát építettek, és ezeket eltérő koncentrációjú – 20, 50 és 70 százalékos – mesterséges szennyvízzel működtették, amelyhez vizeletet adagoltak.
Az eredmény meglepően egyértelmű lett: minél magasabb volt a vizelet aránya, annál több elektromos energiát sikerült kinyerni a rendszerből. A két héten át tartó mérések alapján világos összefüggés rajzolódott ki a koncentráció és a teljesítmény között.
A magyarázat a vizelet kémiai összetételében rejlik. Karbamidot, különféle ionokat és szerves vegyületeket tartalmaz, vagyis pontosan azokat az anyagokat, amelyekből a baktériumok „dolgozni” tudnak. Ezek az összetevők egyszerre fokozzák a mikrobiális aktivitást és javítják a közeg vezetőképességét, ami hatékonyabbá teszi az elektronok áramlását.
Hogyan reagálnak a baktériumok?
A kutatás talán legizgalmasabb része nem is maga az áramtermelés volt, hanem az, ami közben a mikroszkóp alatt történt. A rendszerben élő baktériumközösség ugyanis nem statikus tömegként viselkedett, hanem folyamatosan alkalmazkodó, átrendeződő ökoszisztémaként.
Alacsonyabb, 50 százalék alatti vizeletkoncentrációnál a Sediminibacterium nemzetség tagjai domináltak. Ők bizonyultak a „megbízható munkásoknak” a hígabb közegben, stabil teljesítményt biztosítva az üzemanyagcellában.
Amikor azonban a koncentráció elérte a 70 százalékot, a Comamonas baktériumok kerültek túlsúlyba. Ezek a mikroorganizmusok jobban tolerálták a töményebb, ionokban és szerves anyagokban gazdag környezetet, és hatékonyabban tudták azt energiatermelésre használni.
Ha tehát pontosan értjük, mely baktériumok milyen körülmények között a leghatékonyabbak, akkor célzottan tervezhetünk olyan rendszereket, amelyek extrém összetételű szennyvízben is stabilan és kiszámíthatóan termelnek energiát.
Segítség a bajban
A technológia több, mint egy jól hangzó egyetemi kísérlet. Vijaya Raghavan és csapata szerint az MFC-rendszerek hasznosak lehetnek vidéki régiókban, fejlődő térségekben vagy természeti katasztrófák után, amikor az elektromos hálózat megsérül, a szennyvízkezelés pedig kritikus kérdéssé válik.
Egy ilyen rendszer ugyanis egyszerre old meg két problémát: energiát termel és közben lebontja a szerves szennyezőanyagokat. Olyan helyzetekben, ahol minden watt számít, és a higiénia szó szerint élet-halál kérdése, ez a kettős funkció komoly előnyt jelenthet.
Ráadásul a technológia nemcsak energiatermelő egységként, hanem alacsony költségű bioszenzorként is működhet. Mivel az áramtermelés mértéke közvetlenül függ a víz összetételétől és szennyezettségétől, a rendszer képes „jeleket adni” a vízminőség változásáról, mindezt drága laboratóriumi műszerek nélkül. Ez különösen fontos lehet olyan térségekben, ahol a monitoring jelenleg megoldatlan vagy túl költséges.
A technológia ipari méretű bevezetéséhez még rengeteg mérnöki és gazdasági kérdést kell megoldani, de az irány egyértelmű. Az ilyen kísérletek azért fontosak, mert épp a legváratlanabb helyeken bukkanhatnak fel olyan energiaforrások és megoldások, amelyekre korábban senki sem gondolt.
Források: hvg.hu , interestingengineering.com
