11:0017.09.12

Российские учёные получили электроэнергию из бумажных отходов

Российские учёные получили электроэнергию из бумажных отходов

Каждый житель развитых стран в среднем ежедневно производит 1,5-2 килограмма мусора, 60% которого составляют бумаги, пищевые отходы и прочая органика. Поэтому вопрос утилизации этих отходов становится всё более острым. Переработка до биогаза (водорода с некоторыми примесями), казалось бы, решает проблему и одновременно открывает новые возможности для альтернативной энергетики. Но, как это часто бывает, на пути красивой энергосберегающей идеи возникают десятки научно-экономических преград, привлекающих научные группы по всему миру. Интересную работу в этой области недавно опубликовала в «International Journal of Hydrogen Energy! и группа российских учёных из МГУ им. М.В. Ломоносова и Института фундаментальных проблем биологии РАН. Исследователи сконструировали биореактор, совмещающий в себе бактериальную среду, производящую водород из бумажных отходов, и топливный элемент, превращающий этот водород в электричество.
Ещё в 1945 году штат Нью-Йорк проголосовал за обязательную установку мусоросжигателей в каждом доме, имеющем более четырёх квартир. К тому времени эта нехитрая технология уже была успешно проверена в странах Европы и многих других городах США. Но с повсеместным распространением пластмасс и разнообразной электроники старый метод становился неуместным. Падал КПД, требовалась дополнительная сортировка отходов, экологи указывали на многочисленные примеси тяжёлых металлов и других ядовитых веществ в общедоступном топливе. Похожие проблемы испытывает и водородная энергетика. Удивительно простая идея - собирать и сжигать водород, производимый колониями анаэробных бактерий при потреблении органических отходов, - пока не нашла широкого применения.
Например, вместе с водородом выделяется и большое количество вредного сероводорода и углекислого газа. Со временем же концентрация биогаза становится слишком большой, что и вовсе снижает темпы выделения биогаза. Получается, что водород нужно непрерывно выделять и отделять от реакционной смеси. Но тогда возникают отдельные проблемы с его транспортировкой и хранением. Поэтому оптимальным решением может быть мгновенная переработка водорода в энергию.
Именно эту идею и использовала научная группа во главе с Александром Нетрусовым. При этом для получения энергии они использовали топливный элемент - электрохимическое устройство, в котором энергия выделяется за счёт окисления топлива. Обычно топливный элемент состоит из двух электродов. На катоде молекулярный водород топлива распадается на протоны и электроны. Последние улавливаются специальными мембранами и передаются во внешнюю цепь, а протоны достигают катализатора анода и там соединяются с электронами. В результате этой электрохимической реакции выделяется только вода, идеально безвредный продукт.
Как правило, в составе топливных элементов используются платиновые электроды. Однако платина отравляется теми самыми нежелательными составляющими биогаза и также обладает высокой стоимостью. Поэтому в составе своего топливного элемента российские исследователи использовали электроды на основе фермента гидрогеназы (из микроорганизмов Thiocapsa roseopersicina), позволяющего бактериям поглощать и перерабатывать водород. Полимерная мембрана топливного элемента была изготовлена из нафиона, а сам он погружён в среду с анаэробными гетеротрофными бактериями, производящими водород.
В качестве топлива использовалась чистая целлюлоза или различные бумажные отходы. В результате максимальная выходная мощность биореактора составила 200 мкВт/см2. При этом достигается она при температуре 60 градусов Цельсия, обеспечивающей необходимый баланс между стабильностью и активностью электродов и после 50 часов работы, необходимых для активации ферментативной реакции. Особое внимание исследователи уделили анализу стабильности электрода на основе гидрогеназы, которую они отслеживали в течение 80 часов работы. Вначале, сразу после загрузки сырья, активность этого электрода резко растёт вследствие появляющегося избытка водорода, а по истечении 10 часов работы падает до стабильной величины в 70%. Среди основных причин такого падения называются частичное подмытие ферментативной пропитки электрода под действием бактериальной среды, а также падение уровня pH. Последнее, по мнению учёных, несложно исправить, а значит улучшить стабильность и пока невысокую мощность экспериментальной системы.
В любом случае сам факт успешного совмещения бактериальной среды и топливного элемента в составе одного реактора уже можно считать большим достижением. Ведь полученная система может успешно и без деградации свойств перерабатывать самые разнообразные виды органических отходов в электрическую энергию.
Исследование проведено при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (госконтракт № 16.516.11.6013), пишет www.strf.ru

Поделиться:

НОВОСТИ МУРМАНСКА И
МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ

10:15На полуострове Среднем состоится веломарафон «Муста-Тунтури»

09:43На Кольском полуострове ожидается дождь и до +16º

20:47Директор из Мончегорска подозревается в хищении денег

19:15Тральщик Северного флота начал переход к Соловецким островам

18:31На Октябрьской железной дороге растёт число ДТП на ж/д переездах

17:19В Мурманске наркополицейские поймали мужчину с амфетамином

15:43«КолАтомЭнергоСбыт» обеспечит бесперебойное электроснабжение в Островном

15:03Делегация Заполярья примет участие в форуме «Единой России» «Городская среда»

14:27Мурманские борцы вернулись с тренировочных сборов на Чёрном море

14:15В Заполярье разыскивают свидетелей ДТП с пострадавшим

13:54Алена Кузнецова: «Мы поставили точку в споре. Жителям дома по Кольскому проспекту горячую воду не отключат»

13:10В Кировске подросток украл из гардероба кроссовки

12:30Крейсеры Северного флота готовятся к переходу в Балтийское море

11:50Из полыхающей квартиры в Апатитах спасли 7 человек

11:13Более 10 тысяч северян посетили центры здоровья Заполярья с начала года 

10:43СКР начал проверку после обнаружения тел рыбаков на озере Имандра

09:09В Мурманской области воздух прогреется до +14º

09:01В Мурманске потушили три иномарки

19:3160-летний житель Кандалакши утопил в ванной свою жену

18:19Военные инженеры Северного флота провели экспериментальное учение

17:30«КолАтомЭнергоСбыт» напоминает: 20 июля начнется передача показаний электросчетчиков

16:40Из горящей квартиры в Мурманске спасли человека

16:01На реконструкцию мурманского Драмтеатра предусмотрен 1 млрд рублей

15:30На озере Имандра нашли тела двух мужчин

Все новости