Ученые из Тульского государственного университета совместно с другими исследователями добились значительного улучшения эффективности генерации электроэнергии с помощью так называемых "живых батареек", созданных на основе микроорганизмов и растений. Такие устройства способны производить электричество, не нанося вреда экологии, а наоборот, способствуя очистке сточных вод.
Обнародованные результаты опубликованы в издании "Ученые записки Казанского университета". В основе работы "живой батарейки" лежит процесс создания электрического тока через два электрода.
На аноде, который имеет положительный заряд, происходит движение электронов, связанное с биохимическими процессами в растительных и бактериальных клетках. Тем временем на катоде выделяется вода.
Таким образом, растения и микробы функционируют как миниатюрная электростанция, использующая природные биохимические реакции, пояснили специалисты ТулГУ. Такие устройства называют растительно-микробными топливными элементами (РМТЭ).
В этих системах зачастую именно реакция на катоде замедляет работу всей установки, что снижает общую производительность, уточнили ученые. Без каталитического вещества процесс протекает медленно, а современные РМТЭ применяют дорогую платину в качестве катализатора, что усложняет внедрение "зеленых батареек" в автономные очистные системы или их использование для питания маломощных датчиков и светодиодного освещения, отметил заведующий лабораторией экологической и медицинской биотехнологии ТулГУ Сергей Алферов. Группа исследователей из ТулГУ совместно с партнерами из Иркутского национального исследовательского технического университета предложила более экономичный материал для преобразования кислорода в воду, при этом повысив мощность РМТЭ в полтора раза.
«В нашем исследовании мы заменили платину намного более доступным диоксидом марганца. Этот катализатор продемонстрировал высокую эффективность и улучшил показатели растительного микробного топливного элемента.
С прежним катализатором выходная мощность устройства была равна 20 мВт/м?, а с новым — 33 мВт/м?, при этом снизилось внутреннее сопротивление», — прокомментировали исследователи. Эксперты также отметили, что растительно-микробные топливные элементы особенно перспективны для использования в регионах с теплым климатом, где остро стоит проблема с чистой водой.
После успешных лабораторных испытаний команда ученых планирует сосредоточиться на масштабировании прототипа и его испытаниях в условиях, максимально приближенных к реальным ситуациям.