Teadus ja tulevik

Tee mudast elektrit ehk mikroobsete kütuseelementide võimalus

Steven Lwendo arendatud mikroobne kütuseelement, mis võib jõuda Aafrika kodudesse elektrit tootma. Foto: Engineering for Change / Flickr

Rubriiki toetab

Ole tulevikuks valmis!
Võta vastu #AIväljakutse
Registreeru kohe!

Uut tüüpi energiaallikete puhul ei pea vaatama ainult päikese, merelainete või tuulepuhangute poole. Teadlased uurivad edukalt ka võimalust mikroobsete kütuseelementide arendamiseks.

Kütuseelemendid on seadmed, mis muudavad keemilise energia elektrienergiaks. Kõige rohkem on lugejale ilmselt tuttavad vesiniku kütuseelemend, mis kasutavadki kütusena vesinikku. Selle oksüdeerumisel liiguvad elektronid anoodilt katoodile, tekitades elektrivoolu. Elektrone ei pea aga võtma ainult vesinikult. Mikroobsete kütuseelementide puhul võetakse need hoopis mikroorganismides toimuvatest protsessidest, võimaldades toota elektrit otse elusorganismidest.

Mikroorganismide poolt lagundavatest orgaanilistest ainetest otsene elektri tootmine tõestati esmakordselt juba 1910. aastal. Viimastel kümnenditel on see aga muutunud väga populaarseks uurimissuunaks. Tehnoloogia peamine eelis seisneb selles, et erinevast biomassist – näiteks reovee muda või toidujäätmed – on võimalik saada energiat ilma suures mahus kasvuhoonegaase tootmata.

Elekter otse mikroorganismide seest

Tüüpiline mikroobne kütuseelement koosneb kahest elektroodist: negatiivselt laetud anoodist ja positiivselt laetud katoodist. Kõige levinumates süsteemides paiknevad elektroodid kinnistes kambrites ja on üksteisest eraldatud prootoneid läbilaskva membraaniga.

Mikroorganismid asuvad ühes kambris anoodiga. Seal lagundavad nad oma elutegevuse käigus mingit biolagunevat materjali ning toodavad elektrone ja positiivselt laetud vesinikuioone ehk prootoneid. Kuna kambris on loodud ilma hapnikuta keskkond, liiguvad elektronid bakterite seest anoodile ning sealt edasi katoodile. Samal ajal liiguvad prootonid läbi kambreid eraldava membraani katoodi kambrisse ning ühinevad seal hapnikuga moodustades vee.

See elektronide liikumine anoodilt katoodile ongi kütuseelemendi peamine mõte. Ühendades anoodi ja katoodi vahele mingi seadme, saame seda kütuseelemendist pärineva energiaga toita.

Energiaallikad loodust jälgivatele sensoritele

Kuigi üldiselt vaadates on mikroobsete kütuseelementide tööpõhimõte lihtne, on üleval kirjutatust väga palju eri variatsioone. Mõnel puhul on näiteks elektroodid paigutatud eri keskkondadesse ja kambrite vahele pole eraldi membraani vajagi. Paindlik ehitus võimaldab neid kasutada väga erinevates keskkondades ja erinevaid probleeme lahendades.

Elektri tootmise osas on nende jõudlus senini jäänud veel väga nõrgaks. Suurem osa tehnoloogiast areneb veel teaduslaborites, kus otsitakse erinevaid viise tootlikkust suurendada. Kuigi ka praegu on sellel tehnoloogial huvitavaid kasutusvaldkondi.

Kuna nende elementide abil saab lihtsalt elektrit toota igasugusest biolagunevast ainest, võib neid kasutada olukordades, kus pidev patareide või akude vahetamine on raskendatud. Näiteks saab nendega toita loodusest andmeid koguvaid sensoreid. Nii saab mere põhja paigutada väikesed juhtmevabad mõõteseadmed, mille patareisid ei pea pidevalt uuendamas käima.

Tulevikus võib olla aga võimalik ehitada täiesti arvestatavaid mikroobseid elektrijaamu toidutööstuse tehaste juurde. Sellised tehased toodavad igapäevaselt palju biolagunevat ainet ja piisavalt suure reaktoriga võiks toodetav elektrikogus täiesti arvestatav olla. Kuna suur osa nende tööst põhineb orgaanilise aine lagundamisel, otsitakse ka viise, kuidas mikroobseid kütuseelemente reoveepuhastite juures kasutada.

Tee kodus oma isiklik mikroobne kütuseelement

Kütuselementidesse sobivaid mikroorganisme on võimalik leida paljudest kohtades. Mere ja veekogude setted, muld ning reovesi sisaldavad vajalike mikroobe küllaltki suurtes kogustes. Seetõttu on piisavalt motiveeritud mikrobioloogia huvilisel võimalik internetis leiduvate juhendite abil ka kodus oma mikroobne kütuseelement ehitada.

Kuigi sellise seadme toodetud elektri hulk suudab suure tõenäosusega vaid väikese LED pirni süüdata, on tegu põneva katse ja kogemusega. Lisaks saab kiidelda, et nädalavahetusel sai mudast elektrit toodetud.

Telli Geeniuse uudiskiri

Saadame sulle igal argipäeval ülevaate tehnoloogia-, auto- ja rahaportaali olulisematest lugudest.