Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Kemi

Slamdrevne bakterier genererer mere elektricitet, hurtigere

KAUST-forskere har identificeret en ny elektroaktiv bakterie, kaldet Desulfuromonas acetexigens, der producerer en højere strømtæthed end en traditionelt brugt bakterie, og på kortere tid. Kredit:KAUST

Ændring af elektrodernes overfladekemi fører til den foretrukne vækst af en ny elektroaktiv bakterie, der kunne understøtte forbedret energineutral spildevandsrensning.

At vokse, elektroaktive bakterier nedbryder organiske forbindelser ved at overføre elektroner til faststofsubstrater uden for deres celler. Forskere har brugt denne proces til at drive enheder, såsom mikrobielle elektrokemiske systemer, hvor bakterierne vokser som en film på en elektrode, nedbryde de organiske forbindelser i spildevand og overføre de resulterende elektroner til elektroden.

Forskere leder nu efter måder at forbedre denne proces, så den producerer brintgas ved en negativt ladet katodeelektrode, som så kan omdannes til elektricitet til at drive spildevandsrensningsanlæg. Dette kræver elektroaktive bakterier, der effektivt overfører elektroner til en positivt ladet anodeelektrode, der ikke bruger brint til deres vækst.

Krishna Katuri, en forsker i laboratoriet hos Pascal Saikaly, og kolleger har nu fundet en ny elektroaktiv bakterie, kaldet Desulfuromonas acetexigens, som fortrinsvis vokser, når anodens overfladekemi ændres på en bestemt måde. Bakterien producerer en højere strømtæthed end den vigtigste strømproducerende bakterie, Geobacter svovlreducens, og på kortere tid.

Kredit:King Abdullah University of Science and Technology

"Vi betragter dette som en banebrydende opdagelse på området, " siger Katuri.

Ved at justere overfladekemien, forskerne modificerede grafitelektroder til at producere amino, carboxyl- og hydroxidgrupper på deres overflade. Når slam og acetat, en organisk forbindelse, der anvendes som foder, blev anbragt i et glaskammer sammen med elektroden, bakterier voksede hurtigt på elektrodens overflade. Analyser viste, at D. acetexigens fortrinsvis voksede hurtigt på de modificerede elektroder, mens G. sulfurreducens voksede på konventionelt anvendte umodificerede elektroder testet som kontroller.

Yderligere analyser viste, at D. acetexigens genererede en strømtæthed på omkring 9 ampere pr. kvadratmeter inden for 20 timer efter, at processen startede, sammenlignet med kun 5 ampere pr. kvadratmeter på 72 timer af G. sulfurreducens.

Også, D. acetexigens bruger ikke brint som foder. Det betyder, at en mikrobiel elektrokemisk reaktor, der behandler spildevand, kunne kombinere elektronerne og protonerne produceret af denne bakterie for at generere brintgas ved katoden.

"Vi planlægger derefter at studere, hvordan D. acetexigens overfører elektroner og at lære, hvordan man maksimerer deres aktivitet ved anoden, " siger Saikaly. "Vi fremstiller også en mikrobiel elektrolysecellereaktor i pilotskala til at behandle husspildevand med denne bakterie, mens vi genvinder brintgas som energi. Solpaneler vil blive integreret i pilotreaktoren med det formål at bruge sol- og brintenergi til at opnå energineutral eller endda muligvis energipositiv spildevandsrensning."


Varme artikler