24. decembra, 2020

Gorivna celica na zemeljsko prst obeta poceni in trajnostni način prečiščevanja vode

Slike LOGOTIPI Svet elektronike color 300x92 - Gorivna celica na zemeljsko prst obeta poceni in trajnostni način prečiščevanja vode

Inženirji z univerze v Bathu so praktično prikazali, da je mogoče zajeti in uporabiti energijo, ustvarjeno ob naravnih reakcijah, ki se v zemeljski prsti pojavljajo v prisotnosti mikroorganizmov.

Skupina kemijskih in elektrotehničnih inženirjev je pokazala potencial poceni, enostavnih “mikrobnih gorivnih celic iz zemeljske prsti” (SMFC), zakopanih v zemljo za pogon elektrokemičnega reaktorja, ki čisti vodo.

Potrditev delovanja koncepta je bila prikazana med terenskimi testi v severovzhodni Braziliji, ki so potekali v letu 2019 in izkazalo se je, da lahko s SMFC celicami očistijo približno tri litre vode na dan, s čimer bi zadostili dnevnim potrebam ene osebe glede pitne vode.

6 1 1 300x182 - Gorivna celica na zemeljsko prst obeta poceni in trajnostni način prečiščevanja vode

Mikrobne gorivne celice iz zemeljske prsti, kot so jih oblikovali raziskovalci z Univerze v Bathu. Foto: Univerza v Bathu

Projekt je plod sodelovanja z ekipama geografov iz Universidade Federal do Ceará in kemikov iz Universidade Federal do Rio Grande do Norte.

Testiranje je potekalo v Icapuíju, ribiški vasici, ki se nahaja na oddaljeni pol-sušni lokaciji, kjer je glavni vir pitne vode deževnica in ni dostopa do zanesljivega električnega omrežja.

Deževnico morajo klorirati, da postane pitna, nenadzorovano kloriranje pa poleg tega, da povzroča slab okus in vonj, ogroža tudi zdravje ljudi – zato je nujna uvedba varne metode čiščenja vode.

Praktični dokaz, da mikrobne gorivne celice z zemeljsko prstjo delujejo

SMFC generirajo energijo iz presnovne aktivnosti določenih mikroorganizmov (elektrigenov), ki so v zemeljski prsti naravno prisotni in ki lahko prenašajo elektrone zunaj svojih celic.

Sistem, ki so ga skupaj razvili zaposleni z Bathovega oddelka za kemijsko tehniko in oddelka za elektroniko in elektrotehniko, je sestavljen iz dveh ogljikovih elektrod, nameščenih na določeni razdalji (4 cm) in priključenih na zunanje vezje. Prva elektroda – anoda, je zakopana v zemlji, druga – katoda, pa je izpostavljena zraku na površini zemeljske prsti.

Elektrigeni se naselijo na površino anode in ker ‘jedo’ organske spojine, prisotne v tleh in tvorijo elektrone. Ti elektroni se prenesejo na anodo in po zunanji povezavi potujejo do katode, pri tem pa proizvajajo električno energijo.

Če sestavimo sklad večjega števila SMFC celic in jih priključimo na polnilno baterijo, lahko to energijo zberemo in shranimo ter uporabimo za napajanje elektrokemičnega reaktorja za obdelavo vode.

Posamezna SMFC enota stane le nekaj funtov, ta cena pa bi se lahko še zmanjšala z množično proizvodnjo in uporabo lokalnih virov za izdelavo elektrod.

Poceni in trajnostna rešitev problema s kloriranjem

Potreba po trajnostnem čiščenju vode na tem območju izhaja iz dejstva, da je glavna oskrba prebivalstva z vodo deževnica, ki jo je treba klorirati, da postane pitna.

6 3 300x183 - Gorivna celica na zemeljsko prst obeta poceni in trajnostni način prečiščevanja vode

Učenci EEF Professora Mizinha iz osnovne šole Icapuí v Braziliji spoznavajo mikrobne gorivne celice iz zemeljske prsti.  Foto: Univerza v Bathu

Tehnologija, nameščena na osnovni šoli EEF Professora Mizinha v Icapuí, ustvarja majhno količino energije, ki jo je mogoče uporabiti za prečiščevanje do približno treh litrov vode v enem dnevu. Za povečanje zmogljivosti bodo potrebne še nadaljnje raziskave.

Cilj ekipe je izboljšati zasnovo opreme in njeno učinkovitost, tako da bi en kos takšne opreme v enem dnevu prečistil toliko vode, kot je potrebuje povprečna družina. To predstavlja kar tri izzive: ustvariti dovolj energije, učinkovito zbiranje in shranjevanje te energije in končno, učinkovito čiščenje vode za zagotavljanje kakovosti in pitnosti.

Dr. Mirella Di Lorenzo, ki je vodila ta projekt, je dejala: “Uporaba tehnologije mikrobnih gorivnih celic iz zemeljske prsti za zadovoljevanje vsakodnevnih potreb družine po vodi je v laboratorijskih pogojih že mogoče doseči, vendar je to na prostem in s sistemom, ki zahteva minimalno vzdrževanje, veliko bolj zapleteno in to se je že prej pokazalo kot ovira za to, da bi se mikrobne gorivne celice označile kot učinkovite. Ta projekt kaže, da imajo SMFC celice resničen potencial kot trajnostni, nizkoenergijski vir energije. ”

“Obravnavamo vprašanje pomanjkanja vode in zanesljivosti oskrbe z energijo v severovzhodni Braziliji, ki je pol-sušno območje. Iskali smo trajnostni način za učinkovito ravnanje z vodo in njeno pitnost. Deževnica je glavni vir pitne vode na tem območju, vendar ni čista – naš pristop v tem projektu kaže na enega izmed načinov, kako bi lahko to težavo rešili, ” je dodala.

“Drug pomemben element tega našega projekta je izobraževanje o trajnostnih tehnologijah. Terensko delo je potekalo skupaj z osnovnošolci in njihovimi učitelji. Usposobljeni so bili za poznavanje principov delovanja sistema, namestitev in njegovo vzdrževanje.”

Med delom na terenu, ki je potekalo v letu 2019, so na osnovni šoli namestili tak sistem in ga preizkusili, s čimer so želeli ponoviti rezultate, ki so bili pred tem doseženi v laboratoriju.

Brazilska vodja tega projekta, dr. Adryane Gorayeb z Zvezne univerze v Cearáju (UFC) je dejala: “Uporaba tehnologije skupaj z  izobraževalnim elementom projekta sta učencem zagotovila preobrazbo in razširila njihov pogled na svet. Učenci so pomagali pri izdelavi mikrobnih gorivnih celic iz zemeljske prsti in se naučili ravnati s to tehnologijo. Sodelovali so tudi v posebni delavnici za ozaveščanje skrbi za okolje, ki temelji na ciljih Združenih narodov za trajnostni razvoj.”

Vir: https://techxplore.com/news/2020-10-soil-powered-fuel-cell-cheap-sustainable.html

Vir: Univerza v Bathu, Združeno kraljestvo