Бактерии в микробных топливных элементах питаются органическими веществами, такими как молочная кислота. В этом контексте электроны непрерывно высвобождаются как часть метаболического процесса. Как только эти электроны входят в контакт с анодом топливного элемента, они переносятся на катод на противоположной стороне.
Это создает электрический ток. До сих пор при производстве электроэнергии таким способом металлическая поверхность анода обычно была заселена бактериями. Там бактерии размножаются, в конечном итоге создавая естественную биопленку и передавая электроны на анод.
Недавно разработанная искусственная биопленка из Байройта имеет тот же эффект, но оптимизирует этот тип производства энергии несколькими способами.Бактерии в синтетических сетях: более стабильны, чем натуральные биопленкиМатериал, разработанный исследовательской группой под руководством профессора доктора Рут Фрейтаг (Process Biotechnology) и профессора доктора Андреаса Грейнера (высокомолекулярная химия), представляет собой биокомпозит: если быть точным, гидрогель. Это сеть крошечных полимерных волокон, содержащих один тип бактерий, метаболизм которых может продолжать генерировать энергию без перерыва.
Однако количество производимой энергии значительно выше: «Наша биопленка содержит только один тип бактерий, а именно Shewanella oneidensis. Электрические характеристики топливного элемента с этой пленкой в два раза выше, чем у бактерий этого вида, образующих естественную биопленку. — объяснил Патрик Кайзер (магистр наук), доктор наук из Байройта и один из авторов недавно опубликованного исследования.
У этого повышения производительности есть еще одно преимущество: энергия вырабатывается надежно и предсказуемо, поскольку концентрация бактерий определяется с самого начала в искусственной биопленке. Напротив, естественные биопленки выделяются таким образом, что их трудно контролировать, что делает их менее стабильными. Таким образом, новый биокомпозит ученых из Байройта значительно упрощает использование топливных элементов.Биокомпозит был произведен в кампусе Университета Байройта путем электропрядения полимерных волокон, которые объединяются в флис. «В настоящее время электроформование флиса является широко используемой технологией.
Никаких дополнительных производственных операций не требуется для внедрения бактерий», — добавил Штеффен Райх (магистр наук), который написал докторскую диссертацию в Байройте по инкапсуляции бактерий в полимеры. .Финансирование баварской проектной группыНедавно опубликованные данные о микробных топливных элементах являются результатом проекта «Биопленки для интенсификации процессов», который принадлежит проектной группе «Ресурсосберегающая биотехнология в Баварии — BayBiotech».
С 2015 года эта группа получила в общей сложности около двух миллионов евро финансирования от Министерства окружающей среды и защиты потребителей Баварии.