На Кубани разработали систему получения электричества от бактерий
КРАСНОДАР, 23 апреля. /ТАСС/. Ученые Кубанского государственного университета (КубГУ) разработали систему, которая при помощи особых бактерий может вырабатывать электричество из органических веществ. Сейчас разработка проходит тестирование, в дальнейшем она сможет использоваться в качестве экологически чистого источника электроэнергии и для очистки водоемов, рассказал ТАСС в пятницу доцент кафедры генетики, микробиологии и биохимии биологического факультета вуза Никита Волченко.
"В рамках расширения и углубления тем, связанных с применением микроорганизмов, в университете приступили к новой теме - получения электроэнергии с помощью микробов и при этом одновременно и очистки окружающей среды. То есть - это работа с "электробактериями", - рассказал Волченко.
Он объяснил, что в природе существуют микроорганизмы, которые могут дышать без кислорода. Биолог провел аналогию с человеческим организмом: пища, попадая в организм, перерабатывается на электроны и протоны, которые дают энергию. Позже лишние электроны выводятся из организма при помощи дыхания, однако некоторым бактериям для этого не нужен кислород - они умеют использовать вместо него серу, железо и другие соединения. Такие микроорганизмы можно встроить в биотехнологические устройства - микробные топливные элементы. Сотрудники университета "обманывают" бактерии, предоставляя вместо кислорода электрод микробного топливного элемента. Ток, вырабатываемый микроорганизмами невелик, но его хватает на работу современных устройств и датчиков.
Почти бесконечная энергия
Разработка таких систем в Кубанском университете началась в 2013 году в рамках программы стратегического развития вуза, позже ее поддержали несколькими грантами Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ). За семь лет команда сотрудников и студентов создала и запатентовала несколько устройств, способных получать электричество от бактерий. Например, студент Андрей Лазукин, когда учился на первом курсе, разработал электронные устройства, преобразующие маломощную "микробную" электроэнергию до величин, требуемых для работы микросхем. К завершению магистратуры он является соавторов уже двух патентов РФ и разработок, в том числе примененных КубГУ в образовательном центре "Сириус".
"Устройство можно погрузить на дно водоема, при этом один электрод опустить на дно, чтобы он погрузился в иловый слой, второй - расположить чуть выше в водном слое. Бактерии постепенно обрастут электрод, находящийся в иловых осадках, и между электродами возникает электрический ток. Донные бактерии будут постоянно генерировать поток электронов", - объяснил Никита Волченко, отметив, что такая система не имеет в себе металла и может сломаться только при помощи физического воздействия.
Подобные опытные разработки устанавливались в различные кубанские водоемы, в том числе в озеро возле главного кампуса университета в Краснодаре. Тока, который вырабатывают эти системы, хватает для питания небольшого датчика мониторинга окружающей среды. Еще несколько подобных систем были направлены кубанскими учеными на Дальний Восток, в ходе совместного проекта с образовательным центром "Кванториум" во всероссийский детский центр "Океан". Исследование должно было показать эффективность и надежность аппаратов в других природных зонах.
"В Японском море в рамках совместного проекта с Национальным научным центром морской биологии Дальневосточного отделения РАН мы впервые в России установили подледные микробные топливные элементы. Система проработала целый год, но мы столкнулись с одной интересной проблемой - часть устройства у нас повредили местные крабы", - рассказал Волченко, добавив, что для следующего этапа исследований пришлось разрабатывать специальную "крабоустойчивую" конструкцию.
Умная городская среда
Кроме того, в университете создали несколько лабораторных устройств, которые используются для научных целей. Сейчас ведутся переговоры для внедрения таких систем в пилотное практическое использование. В частности, команда вуза предлагает установить плавающую биоинженерную платформу, которая одновременно сможет проводить работу по очищению воды, а также вырабатывать электричество для сенсоров мониторинга.
В ближайшее время разработчики планируют продолжать исследования, а при наличии грантовой и финансовой поддержки заняться новыми направлениями. Например, разработкой носимых биотопливных элементов, которые будут вырабатывать электрический ток из веществ, выделяемых кожей человека. Также планируется развивать практическое применение разработок, таких как газон, способный за счет растительно-микробных взаимодействий самостоятельно обеспечивать электричеством расположенный рядом источник света.