Ученые увеличили эффективность микробных источников питания вдвое

Повышение производительности микробных топливных элементов с помощью наночастиц серебра реализовали исследователи из Инженерной школы Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, 17 сентября сообщает журнал Science.

Эта технология использует природные бактерии для извлечения электронов из органических веществ в сточных водах для выработки электроэнергии.

«Естественные популяции бактерий могут помочь обеззараживать подземные воды, разрушая вредные химические соединения. Теперь наше исследование также показывает практический способ использования возобновляемых источников энергии в этом процессе», — сказал соавтор Ю Хуан, профессор и заведующий кафедрой материаловедения и инженерии Инженерной школы Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Ученые сосредоточились на бактериях рода Shewanella, которые были широко изучены на предмет их способности генерировать энергию. Они могут расти во всех типах окружающей среды, включая почву, сточные воды и морскую воду, независимо от уровня кислорода.

Виды Shewanella естественным образом расщепляют органические отходы на более мелкие молекулы, причем электроны являются побочным продуктом метаболического процесса. Когда бактерии растут в виде пленок на электродах, некоторые электроны могут быть захвачены, образуя микробный топливный элемент, который производит электричество.

Однако микробные топливные элементы, работающие на Shewanella oneidensis, ранее не улавливали достаточно зарядов от бактерий, чтобы эта технология стала практически значимой для промышленного использования. Они вырабатывают недостаточное количество быстрых электронов, которые способны оторваться от мембраны бактерий и достичь электродов.

Чтобы решить эту проблему, исследователи добавили наночастицы серебра к электродам, состоящим из оксида графена. Оказавшись внутри бактерий, частицы серебра действуют как микроскопические проводники, захватывая больше электронов, производимых бактериями.

«Добавление наночастиц серебра в бактерии похоже на создание специальной экспресс-полосы для электронов, что позволило нам извлекать больше электронов и на более высоких скоростях», — сказал Сянфэн Дуань, профессор химии и биохимии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Благодаря значительно улучшенной эффективности переноса электронов полученная пленка из Shewanella, пропитанная серебром, выводит более 80% метаболических электронов во внешнюю цепь, генерируя мощность 0,66 милливатта на квадратный сантиметр. Это более чем вдвое больше, чем ранее достигнутые результаты.