Kun pohdimme, miten aiomme toimittaa maailman kasvavat energiantarpeet 2000-luvun aikana, keskustelu käy yleensä fossiilisten polttoaineiden, kuten hiilen, öljyn ja maakaasun, ja uusien vaihtoehtoisten energialähteiden, kuten tuuli- ja aurinkoenergian, välillä. . Tiedemiehet ja insinöörit tarkastelevat kuitenkin yhä enemmän mahdollisuuksia tarttua epätodennäköiseen polttoaineen lähteeseen sähkön tuottamiseksi: jätevedet, joita rutiininomaisesti huuhtelemme viemäriin.
Aiemmin tällä viikolla Oregonin osavaltion yliopiston insinöörit ilmoittivat uudesta edistyksestä mikrobipolttokennoissa, jotka tuottavat sähköä jätevesistä. Kuten artikkelissa kuvataan Energy and Environmental Science -lehdessä, he ovat kehittäneet tekniikan, joka käyttää bakteereita energian keräämiseen jäteveden biohajoavista komponenteista nopeudella, joka on 10-50 kertaa tehokkaampi kuin aiemmat menetelmät.
Insinööri Hong Liu työskentelee polttokennon kanssa laboratoriossa. (Kuva Oregon State Universityn kautta) "Jos tämä tekniikka toimii kaupallisessa mittakaavassa uskomme sen olevan, jätevesien käsittely voi olla valtava energian tuottaja, ei valtavia energiakustannuksia", sanoi yksi tutkimuksen kirjoittajista Hong Liu. "Tällä voi olla vaikutusta ympäri maailmaa, mikä säästää paljon rahaa, tarjoaa paremman vedenkäsittelyn ja edistää energian kestävyyttä."
Jäteveden käsittelyyn käytetyt tavanomaiset menetelmät kuluttavat tällä hetkellä paljon energiaa - noin kolme prosenttia koko maassa käytetystä sähköstä, asiantuntijat arvioivat. Jos tutkijat pystyvät selvittämään tehokkaan tavan tuottaa sähköä osana prosessia, he voisivat kääntää tämän yhtälön päähänsä. Konsepti on ollut olemassa jo jonkin aikaa, mutta vasta viime aikoina käytännön kehitys on tuonut meidät lähemmäksi periaatetta kaupallisesti.
Aikaisemmat menetelmät perustuivat anaerobiseen pilkkomiseen, jossa bakteerit hajottavat jätevedessä biohajoavia elementtejä ilman happea ja tuottavat metaania (maakaasua) sivutuotteena. Tämä kaasu voidaan sitten kerätä ja polttaa polttoaineena.
Oregonin osavaltion joukkueen tekniikka sitä vastoin valjastaa jätevedessä olevan biohajoavan materiaalin aerobisten bakteerien syöttämiseen, jotka sulavat aineet happea käyttämällä. Kun mikrobit hapettavat nämä jäteveden komponentit - ja puolestaan puhdistavat veden -, ne tuottavat tasaista elektronivirtaa. Kun elektronit virtaavat anodista katodille polttokennon sisällä, ne tuottavat sähkövirran, jota voidaan käyttää suoraan virtalähteenä. Lisäksi tämä prosessi puhdistaa veden tehokkaammin kuin anaerobinen pilkkominen eikä tuota ei-toivottuja sivutuotteita.
Laboratoriossa ryhmän kokoonpano - joka parantaa aikaisempia malleja, joissa on tiiviimmin toisistaan sijaitsevat anodit ja katodit ja uusi materiaalierotusprosessi, joka eristää jäteveden orgaanisen pitoisuuden tiivistetyssä muodossa - tuotti yli kaksi kilowattia kuutiometriä jätevettä kohden, huomattavasti suurempi määrä kuin aikaisemmat anaerobiset pilkkotekniikat. Vertailun vuoksi Yhdysvaltain keskimääräinen kotitalous käyttää noin 1, 31 kilowattia sähköä milloin tahansa. Uusi laite voi käyttää mitä tahansa orgaanista materiaalia - jäteveden lisäksi myös olkia, eläinjätteitä ja oluen ja meijeriteollisuuden teollisen tuotannon sivutuotteita.
Tutkijoiden mukaan he ovat todistaneet tekniikan melko huomattavassa määrin laboratoriossa ja ovat valmiita jatkamaan laajamittaiseen pilottitutkimukseen. He etsivät rahoitusta laajamittaisen polttokennon perustamiseksi, mieluiten yhdessä elintarvikkeiden jalostuslaitoksen kanssa, joka tuottaisi tasaisen ja suuren määrän jätevettä. He ennustavat, että kun tekniikka on todistettu ja rakennuskustannukset vähenevät, tällaisen jäteveden käsittelyn käyttö tuottaa edullisia uusiutuvaa sähköä ja vähentää jätevesien käsittelykustannuksia.
Tämä tekniikka olisi erityisen houkutteleva kehitysmaassa, jossa se ratkaisee välittömästi kaksi ongelmaa: halvan sähkön puute ja puhtaan veden puute. Tutkimusta prosessin tehokkuuden parantamiseksi jatkuu edelleen, mutta näyttää siltä, että riittävän pian energian huuhtelupäivät wc: ssä ovat ohitse.
