Ingenjörer vid Oregon State University har gjort ett betydande framsteg mot att producera el från avlopp, genom användning av nya beläggningar på anoderna i mikrobiella elektrokemiska celler som ökade elproduktionen cirka 20 gånger.
Resultaten, precis publicerad online i Biosensorer och bioelektronik, en professionell tidskrift, föra forskarna ett steg närmare teknik som kan rengöra bioavfall samtidigt som det ger användbara elnivåer - en lovande ny innovation inom avloppsrening och förnybar energi.
Ingenjörer fann att genom att belägga grafitanoder med ett nanopartikelskikt av guld, elproduktionen ökade 20 gånger. Beläggningar med palladium gav en ökning, men inte alls lika mycket. Och forskarna tror att nanopartikelbeläggningar av järn - som skulle vara mycket billigare än guld - kan producera elökningar som liknar guld, åtminstone för vissa typer av bakterier.
"Detta är ett viktigt steg mot vårt mål, "sa Frank Chaplen, docent i biologisk och ekologisk teknik. "Vi behöver fortfarande några förbättringar i utformningen av katodkammaren, och en bättre förståelse av samspelet mellan olika mikrobiella arter. Men det nya tillvägagångssättet producerar helt klart mer el. "
I denna teknik, bakterier från bioavfall som avlopp placeras i en anodkammare, där de bildar en biofilm, konsumera näringsämnen och växa, i processen frigör elektroner. I detta sammanhang, avloppet är bokstavligen bränslet för elproduktion.
Inom relaterad teknik, en liknande metod kan producera vätgas istället för elektricitet, med potential att användas i vätebränsleceller som kan driva framtidens bilar. I vilket fall, reningen av avloppsvatten kan ändras från en energikrävande teknik till en som producerar användbar energi.
Forskare vid OSU College of Engineering och College of Agricultural Sciences, inklusive Hong Liu, en biträdande professor i biologisk och ekologisk teknik, är nationella ledare i utvecklingen av denna teknik, vilket avsevärt skulle kunna minska kostnaderna för avloppsrening i USA. Det kan också hitta applikationer på landsbygden eller i utvecklingsländer, där bristen på tillräcklig strömförsörjning gör avloppsrening opraktisk. Det kan vara möjligt att skapa avloppsreningsverk som är helt självförsörjande när det gäller energianvändning.
Tekniken fungerar redan på laboratoriebasis, forskare säger, men förskott är nödvändiga för att sänka kostnaden, förbättra effektivitet och elektrisk effekt, och identifiera de lägsta kostnadsmaterial som kan användas.
Denna forskning har fått stöd av National Science Foundation och Oregon Nanoscience and Microtechnologies Institute.
"De senaste framstegen inom nanofabrication ger en unik möjlighet att utveckla effektiva elektrodmaterial på grund av den anmärkningsvärda strukturella, elektriska och kemiska egenskaper hos nanomaterial, "forskarna skrev i sin rapport." Denna studie visade att nano-dekoration kraftigt kan förbättra prestanda för mikrobiella anoder. "
