Ученые Тульского государственного университета совместно с коллегами значительно улучшили эффективность генерации электроэнергии с помощью «живых батареек», созданных на основе микробов и растений. Такие устройства способны не только вырабатывать электричество, не нанося вреда окружающей среде, но и выполнять очистку сточных вод.
Сведения об исследовании были опубликованы в журнале "Ученые записки Казанского университета". В подобной «живой батарейке» электрический ток формируется благодаря работе двух электродов.
На одном электроде, выполняющем функцию анода с положительным зарядом, происходит движение электронов, обусловленное биохимическими процессами в растительных клетках и микробах. На втором электроде — катоде — при этом одновременно выделяется вода.
Растения и микробные сообщества функционируют как небольшая электростанция, питающаяся естественными биохимическими реакциями, отмечают специалисты ТулГУ. Такие устройства называют растительно-микробными топливными элементами (РМТЭ).
Чаще всего именно реакция катода становится узким местом, замедляющим работу всей системы и снижающим её производительность, подчеркнули исследователи. Без катализатора, ускоряющего процесс, реакция протекает слишком медленно. В современных РМТЭ в качестве катализатора часто используется дорогостоящая платина, что ограничивает широкое применение таких «зеленых батареек» в автономных системах очистки воды или в качестве источника энергии для компактных датчиков и светодиодов, пояснил ведущий лаборатории экологической и медицинской биотехнологии ТулГУ Сергей Алферов. Коллектив ученых из ТулГУ при сотрудничестве с Иркутским национальным исследовательским техническим университетом предложил более доступный катализатор для преобразования кислорода в воду, что одновременно позволило повысить мощность РМТЭ в полтора раза.
«В нашем исследовании вместо платины мы использовали более дешевый диоксид марганца. Этот материал продемонстрировал высокую эффективность и улучшил параметры растительно-микробного топливного элемента.
С применением старого катализатора мощность устройства составляла 20 мВт на квадратный метр, а с новым — 33 мВт на квадратный метр при одновременном снижении внутреннего сопротивления», — сообщили ученые. Специалисты добавляют, что РМТЭ могут найти применение в регионах с теплым климатом, где особенно остро стоит проблема доступа к чистой воде.
После проведения лабораторных тестов группа ученых планирует сосредоточиться на масштабировании технологии и её испытании в условиях, максимально приближенных к реальным.