Первый факт использования живого растения для получения электрической энергии был зафиксирован еще несколько лет назад. Тем не менее, только в настоящее время масштабные исследования японских, американских и голландских ученых достигли уровня развития технологии, необходимого для коммерческой реализации БТЭ – бактериальных топливных элементов, получающих питание от продуктов жизнедеятельности растений.
Подобные устройства способны не только генерировать необходимую человечеству электрическую энергию, но и снижать образование газов парникового типа, что может быть весьма кстати в условиях надвигающегося глобального потепления. В две тысячи шестом году изобретатель Гордон Уэйлд из штата Иллинойс, Америка, стал свидетелем интересного явления. Он заметил, что вбитый в дерево металлический гвоздь, соединенный с закопанной в земле пластиной при помощи проводка выполняет функцию анода, по которому заряженные частицы устремляются к пластине-катоду. В теории данный факт объяснил физии из Массачусетского технологического института, Андреас Мершин. Согласно его теории направленное движение заряженных частиц в данном случае наблюдается из-за различного содержания положительно заряженных ионов водорода в дереве и почве. Вместе с тем, объем вырабатываемого электричества в данном случае был мизерным и не мог рассматриваться в качестве некоего топливного элемента.
Бертом Хамелерсом, исследователем из Вагенингенского университета, что в Нидерландах, было принято решение подойти к решению вопросы с другой стороны, результатом чему стала его работа, опубликованная в журнале Bioresource Technology.
Исследователь задался целью создания принципиально новых бактериальных топливных элементов, которые бы выгодно отличались от ныне существующих, перерабатывающих мусор и биологические отходы, полной автономностью. Поиск необходимых бактерий ученый решил осуществить в месте их наибольшего скопления – почве. Содержащиеся в почве бактерии получают более половины углеводов, вырабатываемого растениями в процессе фотосинтеза. Полученный углевод разлагается аэробными бактериями с образованием ионов водорода, вступающих в связь с кислородом и образующих воду.
По вышеописанной причине использование аэробных бактерий для поставленных целей не представлялось возможным, и исследователь решил использовать анаэробные бактерии, которые широко распространены в заболоченных почвах где нет достаточного содержания кислорода. В ходе эксперимента электроды были уложены рядами, а пространство между ними было засыпано специальными смоченными гранулами графита, выступающими в роли анода. После ряда совместных с Дэвидом Стриком проведенных экспериментов, удалось достичь энергетической отдачи в 0.5 Ватта на квадратный метр. Давид Стрик был настолько впечатлен полученным результатом, что принял решение основать компанию Plant-e, посредством которой в будущем надеется наладить коммерческую реализацию бактериальных энергетических элементов нового типа. В настоящее время специалисты работают по специальной программе Европейского Союза Plant Power и намерены добиться отдачи элементов нового типа до 3.2 Ватт на квадратный метр. Если исследователем удастся достигнуть хотя бы половины данной цифра, то каждый метр травяной крыши в Голландии сможет генерировать порядка 14 киловатт-часов в год. А крыша площадью в пятьдесят метров квадратных будет способна генерировать до 700 кВт*ч, что составляет двадцать процентов от потребления среднестатистической голландской семьи.
Возможно ли достичь поставленного целевого результата для бактериальных генераторов нового типа? Вполне. Прежде всего, существуют растения, большая часть которых размещается под землей, которые способны выделят до восьмидесяти процентов избыточных углеводов в почву. Особенной привлекательностью в этом смысле обладает хорошо распространенная сахарная свекла. В то же время, существуют отдельные представители бактериальной флоры, способные разлагать углеводы слишком быстро, из-за чего катод не успевает использовать электроны, образовавшиеся в результате реакции окисления. Тщательный подбор оптимальной анаэробной флоры, по мнению ученых, является отличным решением для увеличения эффективности установок данного типа. Электростанции на основе энергоблоков нового типа могут быть расположены абсолютно в любой местности, будь то болота, крыши зданий или земли, не имеющие хозяйственной пользы. В отличии от традиционного используемых в наше время солнечных и ветряных источников электрической энергии, топливные элементы нового типа работают круглосуточно, что позволяет сэкономить значительные финансовые средства на развертывании сети дорогостоящих промышленных накопителей.
Похожая система была разработана биологом из Токийского университета, расположенного в Японии, - Казуя Ватанабе. Он предложил располагать электроды в затопленных рисовых чеках, тем самым не только производя электрическую энергию, но и снижая плохое воздействие глобального потепления.
По мнению Уилли Гермстрайта, трудящегося в Гентском университете в Бельгии, данная инициатива обладает особенной ценностью, ведь заливные поля риса производят более двадцати процентов метановых выбросов в атмосферу, который является одним из самых сильнодействующих парниковых газов. В данном же случае ионы водорода, которые ранее окисляли части углеводных молекул, производя тем самым метан, будут использованы для генерации экологически чистой электрической энергии. Новейшие бактериальные топливные элементы способны существенно снизить объем выбросов метана, что будет полезно странам, рисовые поля в которых занимают значительные площади, то есть для Японии и многих стран Азии. В условиях затопляемого боля из-за недостатка кислорода способны жить только анаэробные бактерии, активно производящие метан.
Это значит, что у авторов топливных элементов нового типа на кармане имеются серьезные экологические козыри, которые сыграют свою роль при коммерческой реализации технологии.{odnaknopka}