Российские учёные получили электроэнергию из бумажных отходов

17.09.2012, 11:00 Новости / Энергия

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

Другие новости за сегодня

НОВОСТИ МУРМАНСКА И
МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ

19:24Крик о помощи: В Мурманске хозяйка корги пыталась вызволить питомца от передержки

17:19Более 250 самозанятых жителей Заполярья позаботились о своей будущей пенсии

16:54Под Мурманском полыхает пассажирский автобус, жертв нет — Минтранс региона

16:33Более полутора миллиардов рублей за 7 месяцев мурманчане потратили на парикмахеров и косметологов

16:32Ирина Алферова, Лянка Грыу: В Хибинах стартовали съемки исторического фильма «Ушедшие в метель»

16:04Кровь, пульс, ВИЧ: 11 сентября мурманчан ждут на «Посту здоровья»

15:421 октября в Хибинах северяне будут оценивать кадры — начнется второй фестиваль современного кино «Талант»

15:35Хоккейный клуб «Мурман» готовится к новому сезону

14:26В Кировске горели три гаража

13:27Независимо от погоды: В Заполярном открылась новая ледовая арена «Метеор»

12:46В Мурманской области командира вертолета будут судить за нарушение правил безопасности полетов

11:22В Мурманской области бдительные сотрудники банков не дали похитить мошенникам почти 5 миллионов рублей

04:25Пушистые вне закона: породы кошек, которые запрещено заводить дома — особенности в разных странах

04:16Еврейские пельмешки, которые покорят всю семью - легкое тесто, минимум жира и идеальная сочность

02:12Ноги предупреждают о диабете раньше врача: 9 признаков, которые нельзя игнорировать — когда пора бежать на прием

02:00Протянут руку помощи: 2 знака Зодиака получат покровительство влиятельных людей — после 12 сентября 2025 года их жизнь изменится

01:30Вы уверены, что едите правильно: сахар может быть высоким без сладкого — обманывают организм 5 продуктов

01:03Утреннее меню принца Уильяма: что ест будущий король Великобритании — в рационе есть дешевый омолаживающий продукт

Все новости