Dėl mažėjančių iškastinio kuro atsargų bei didėjančios taršos vis sparčiau auga alternatyvių, efektyvių ir gamtą tausojančių elektros energijos šaltinių svarba. Koja kojon žengdami su šiuolaikinėmis tendencijomis Kauno technologijos universiteto (KTU) mokslininkai tiria bei tobulina vieną švariausių atsinaujinančių elektros energijos šaltinių – mikrobinius kuro elementus (MKE), kurie pasižymi itin plačiomis panaudojimo galimybės.
„MKE turbūt vienintelė technologija, kuri gamina elektros energiją, vykstant organinių junginių oksidacijai kambario temperatūroje. Kitaip tariant, nereikia nieko deginti, o ir procesas vyksta ne tik saulėtomis dienomis“, – pasakoja doc. Kristina Kantminienė ir doc. Egidijus Griškonis, KTU Cheminės technologijos fakulteto mokslininkai.
Jie su kolegomis iš kitų KTU padalinių vykdo tarpsritinį projektą „Inovatyvūs mikrobiniai kuro elementai tvariai bioelektros gamybai (MicrobElas)“.
Elektra gaminama nuotekų valymo stotyse
Anot mokslininkų, ši technologija unikali ir dėl savo daugiafunkcinio panaudojimo galimybių – tokiuose elementuose bakterijų maistu gali būti naudojamos vandens nuotekos, taip pat ir vandens nuotekų valymo stotyse susikaupęs dumblas.
Būtent nuotekų išvalymui vandenvalos stotyse sunaudojama daug elektros energijos, tad MKE leistų vandenvalos stotims dirbti uždaros ekosistemos principu – elektra būtų gaminama iš nuotekų ir panaudojama joms išvalyti.
MKE integracija į nuotekų valymo įrenginius galėtų žymiai sumažinti jų eksploatavimui reikalingos elektros energijos sąnaudas ir kitas būtinas išlaidas, o kai kuriais atvejais – netgi gaminti perteklinę elektros energiją, kurią būtų galima panaudoti kitur.
Pagrindinis tikslas – didinti MKE efektyvumą
Pirmoji idėja, jog mikrobai gali generuoti elektrą, buvo pasiūlyta dar 1911 metais, tačiau aktyvūs ir produktyvūs MKE tyrimai pradėti vykdyti tik peržengus 2000-uosius. Šiuo metu MKE aktyviai tyrinėja mokslininkų grupės stambiuose mokslo centruose Europoje, JAV, Japonijoje, Pietų Korėjoje, Kinijoje ir kitur.
Kone visų mokslininkų, dirbančių šioje srityje, pagrindinis tikslas yra didinti MKE efektyvumą. KTU mokslininkų grupė taip pat daugiausia dėmesio skiria MKE anodų (elektros srovę įrenginiams perduodančių elektrodų) savybių ir biosuderinamumo gerinimui, nes MKE našumas stipriai priklauso būtent nuo to, kaip efektyviai elektronai pernešami iš bakterijų į anodus.
„Tam, kad MKE veiktų efektyviai, tarpusavyje turi derėti daug veiksnių ir parametrų. Turi būti parinktas atitinkamas MKE dydis, jo konstrukcija, reikia optimizuoti prie vieno iš MKE elektrodų tiekiamų organinių medžiagų, tinkamų elektrą generuojančių bakterijų „maistui“, koncentraciją, o prie kito – užtikrinti tinkamą aeraciją ir pan. Būtent tai mes ir tiriame,“ – pasakoja E. Griškonis.
Pristatys tarptautinėje konferencijoje
Vykdant projektą KTU buvo sukonstruotas MKE prototipas, kuriame anodu panaudotas modifikuoto grafito pluošto veltinis (GPV). „Tokia anodo modifikacija leido padidinti elemente generuojamą įtampą, ji yra iki 20 proc. aukštesnė nei kontrolinio MKE su įprastu anodu. Ir nors su šia technologija dirbame dar neilgai, per metus pasiekti rezultatai mus pačius labai džiugina“, – teigia K. Kantminienė.
Mokslininkų grupė planuoja naujausius rezultatus pristatyti gegužę Vilniuje vyksiančioje Tarptautinės elektrochemijos draugijos 23-ioje teminėje konferencijoje (angl. 23rd ISE Topical Meeting).
Lietuvos visuomenei KTU mikrobiniai kuro elementai 2017 metais jau buvo pristatyti keturiuose mokslo populiarinimo bei technologijų renginiuose.
KTU mokslininkai prognozuoja, kad MKE technologija neišstums kitų atsinaujinančios elektros energijos gamybos technologijų artimiausiu metu, tačiau ji galėtų būti efektyviai pritaikoma nedidelėse vandenvalos stotyse ar atokiuose rajonuose, kur nėra išplėtota elektros energijos tiekimo sistema.
