Czy zużyte wody któregoś dnia staną się źródłem energii?

Energia niewyczerpywalna, to brzmi dumnie i tęsknie zarazem. Naukowcy z Pensylwanii nie wahają się więc z używaniem bardzo pompatycznych terminów, które mają opisać ich wynalazek. Woda słona, woda słodka, materia organiczna i ... bardzo starannie wybrane bakterie. Oto narzędzie zdolne do produkowania wodoru.

Na tę chwilę, metoda ta jest jedynie eksperymentalna i bardzo, bardzo kosztowna, ale proces ten można oczywiście usprawnić...

Nowa nadzieja?

System ten może produkować wodór wszędzie, gdzie woda słona występuje w pobliżu wody morskiej. W ten właśnie sposób Bruce Logan, z uniwersytetu PennState University (Uniwersytet w Pensylwanii) streszcza możliwości swojego wynalazku.

Wynalazek ten to Microbial Reverse-electrodialysis Electrolysis Cell, w skrócie nazywany MREC, żeby było łatwiej, co można przetłumaczyć jako komórka elektrolizy przez odwrotną elektrodializę mikrobową. Brzmi groźnie i tajemniczo zarazem.

Ideą tego wynalazku jest przeprowadzenie hydrolizy (która przełamuje komórki wody), aby wyprodukować wodór, posługując się dwoma źródłami elektryczności wytworzonej darmowo. A wodór sam w sobie jest dobrym wektorem energii.

Oczywiście, istnieją bakterie, jak wiemy, które wyrzucają elektrony, kiedy jedzą. A Bruce Logan interesuje się zastosowaniem zużytych wód już od 2004 roku. W 2005 roku opisał on nawet wersję biologiczną ogniw paliwowych, w których materia organiczna jest niszczona w przedziale „zaludnionym” bakteriami, i które są zdolne do produkowania – wprawdzie w niewielkich ilościach, ale zawsze – elektryczności.

Chodzi tutaj o to, żeby mikrobowe ogniwo paliwowe, zwane inaczej MFC (Microbial Fuel Cell) odróżnić od ogniwa paliwowego w sensie klasycznym. Takie ogniwo – w sensie klasycznym – konsumuje wodór (oraz tlen z powietrza), aby wygenerować elektryczność.

Niestety, produkcja jednego ogniwa paliwowego mikrobowego jest za słaba dla hydrolizy. Wprawdzie pojawił się pomysł, żeby produkować wodór dzięki MFC, ale trzeba jednak jeszcze dodatkowego źródła elektryczności, czyli z zewnątrz, żeby cały proces w ogóle zadziałał.

Poprzednie prace pokazują, że takie systemy mogę generować zaledwie 0,3 volt na komórkę, precyzują badacze. To za mało, ponieważ dla hydrolizy trzeba co najmniej 0,415 volt. 

Czy za pomocą wody możemy zrobić prąd?

Jeśli chodzi o elektrodializę, jest to proces znany z tego, iż wyciąga jony z cieczy. Dobrym przykładem jest wyciąganie soli z wody morskiej. Do tego celu stosuje się prąd elekryczny, jak sama nazwa wskazuje.

Przy użyciu membran, które pozwolą jedynie na przechodzenie jonów pozytywnych z jednej strony, a negatywnych z drugiej, można  w ten sposób, na przykład, „odsolić” słoną wodę morską. Metoda ta jest mało skuteczna, a więc nie ma zbyt wielkiego powodzenia.

Możliwa jest również reakcja odwrotna: z dwoma różnymi źródłami zasolonej wody, przechodzącej przez membrany naprzemiennie pozytywne i negatywne, możemy wyprodukować w ten sposób elektryczność. Woda słodka i woda morska mogą w ten sposób stać się generatorami prądu.

Ale tutaj znowu, rezultat jest mizerny i nie wystarczający dla hydrolizy. Trzeba by użyć 25 par membran, aby uzyskać napięcie rzędu 1,8 volt.

A takie napięcie jest niezbędne, żeby proces hydrolizy w ogóle miał miejsce, wyjaśniaja badacze. Oznacza to, że takie napięcie zrujnowałoby rentowność urządzenia, z powodu mocy konsumowanej jedynie przez pompowanie wody.

Profesor Bruce Logan wpadł więc na pomysł, aby połączyć ze sobą te dwie metody. Bakterie żywiące się materią organiczną, na przykład ze zużytej wody, produkujące prąd elektryczny, który jest wspomagany prądem pochodzącej z odwróconej elektrodializy.

Wystarczy dodać wodę słodką, wodę słoną i klika membran, według przepisu amerykańskiego naukowca. 

Technikę pozostaje jeszcze dopracować

Opis tego urządzenia możemy znaleźć w przeglądzie naukowym PNAS. Zespół, którym kieruje Bruce Logan, w tym artykule przedstawia uzyskane przez siebie rezultaty. Co prawda skromne, ale jak najbardziej realne. Co możemy więc znaleźć w tym opisie?

Otóż, urządzenie to produkuje od 0,8 do 0,16 metrów sześciennych wodoru na dzień na jeden metr sześcienny zużytej wody. Zwrot więc zawiera się w przedziale między 58% i 64%, przy przetestowanych układach.

Badacze posłużyli się platynowymi elektrodami, co znacząco podnosi jednak koszt całego procesu. Jednakże, badacze amerykańscy nie są specjalnie przywiązani do takiego rozwiązania, ponieważ w ich przekonaniu, mniej kosztowny materiał również może się sprawdzić.

Na przykład, proponują oni siarczek molibdenu, który zwrot obniżyłby jedynie do 50%.

Proces ten, poza tym, pozostaje złożony i na pewno nie jest już opracowany w ostatnim szczególe. Ale wydaje się dość zręczny i nawet obiecujący.

Lokalna produkcja wodoru ze zużytych wód albo z odpadów organicznych, aby naładowywać ogniwa paliwowe odżywiające motory elektryczne: oto pomysł, który z całą pewnością zasługuje na to, aby się w niego zagłębić. Choćby ze względu na nasze środowisko naturalne.