Исследовательская группа из Университета Пенсильвании разработало первое устройство, которое приводится в действие бактериями, может удалять соль из воды, при этом вырабатывая достаточный для работы этого прибора объем энергии в форме водорода.

Специалист по охране окружающей среды Брюс Логан (Bruce Logan) и сотрудники из его исследовательской группы уверены, что придет день, когда их устройство будет скомбинировано с обычными приборами для опреснения воды, позволив получать питьевую воду из морской, затрачивая при этом минимальное количество энергии.

Рис. 1. Новая бактериальная ячейка электродиализа генерирует достаточное количество водорода для обеспечения энергией процесс опреснения. (Рисунок из Environ. Sci. Technol., DOI: 10.1021/es1025646).

В начале прошлого десятилетия исследователи из группы Логана впервые сообщили о создании бактериальных топливных ячеек, в которых использовалась способность некоторых бактерий вырабатывать электроэнергию.

В 2009 году в группе Логана было разработано трехкамерное устройство, способное опреснять соленую воду, размещенную межу двумя мембранами. Бактерии растут на аноде устройства и, по мере усвоения органических соединений, например, уксусной кислоты высвобождают электроны в водный раствор. Электричество, вырабатываемое микроорганизмами, создает электрический потенциал, значение которого оказывается достаточным для миграции ионов натрия и хлора к электродом из соленой воды через мембраны, однако эта технология обладала существенным недостатком – по мере опреснения воды напряжение в системе падает, что, естественно, затрудняло практическое использование устройства.

Новое устройство, разработанное в группе Логана – бактериальная ячейка электродиализа позволяет избавиться от недостатков разработанного ранее устройства за счет того, что в новую систему конструкционно внесено одно из усовершенствований, уже опробованных на бактериальных топливных ячейках, также разработанных Логаном. В этих ячейках с оптимизированной конструкцией к бактериям прилагали разность потенциалов, благодаря которой микроорганизмы полностью разлагали уксусную кислоту, выделяя при этом водород.

При приложении к ячейке электродиализа напряжения в 0.55 Вольт было обнаружено, что такая ячейка производит вдвое больше энергии (в форме водорода), чем требуется для поддержания рабочего напряжения системы. Если весь выделяющийся водород использовать для питания топливной ячейки, можно получить достаточно электричества для того, чтобы устройство опреснения могло бы работать без внешних источников энергии.

Джейсон Рен (Jason Ren) из Университета Колорадо отмечает, что способность новой бактериальной ячейки электродиализа вырабатывать водород, который может храниться для последующего использования, представляет собой важный технологический прорыв. В группе самого Рена независимо была разработана похожая система, описание которой ожидает публикации.

Сам Логан предполагает, что излишек энергии, вырабатываемый бактериальными ячейками электродиализа, может быть использован для других этапов опреснения воды, например, для обеспечения энергией процесса обратного осмоса.