mercoledì 18 settembre 2013

Si può generare elettricità dalla depurazione

I filamenti di un batterio esoelettrogenico

Gli scienziati della Stanford University hanno sviluppato una " batteria microbica " guidato da batteri naturali che si sono evoluti per produrre energia elettrica poiché digeriscono il materiale organico.                                                                                                                                                      Gli ingegneri di Stanford hanno escogitato un nuovo modo per generare energia elettrica da liquami, utilizzando naturalmente " microbi cablati " come mini centrali elettriche, capaci di produrre energia elettrica poiché digeriscono rifiuti animali e vegetali. Yi Cui, uno scienziato dei materiali, Craig Criddle, un ingegnere ambientale, e Xing Xie, un ricercatore interdisciplinare, chiamano la loro invenzione di una batteria microbica. Essi sperano di utilizzarla in luoghi come impianti di depurazione, o per abbattere gli inquinanti organici nelle " zone morte" dei laghi e delle acque costiere in cui il deflusso di fertilizzanti e di altri rifiuti organici possono esaurire i livelli di ossigeno e  soffocare la vita marina.                                         Al momento, tuttavia, il loro prototipo da laboratorio è delle dimensioni di una batteria D -cell e appare come un esperimento di chimica, con due elettrodi, uno positivo, l' altro negativo, immerse in una bottiglia di acque reflue.                                                                                                Dentro quella fiala torbida, allegata all’elettrodo negativo come cirripedi attaccati allo scafo di una nave, un insolito tipo di batteri digerisce particelle di rifiuti organici e produce energia elettrica che è catturata da elettrodo positivo della batteria .                                                            ”Noi lo chiamiamo la pesca di elettroni ", ha detto Criddle, professore nel dipartimento d’ingegneria civile e ambientale.Gli scienziati sanno da tempo l'esistenza di ciò che essi chiamano microbi esoelettrogeni - organismi che si sono evoluti in ambienti senz'aria e hanno sviluppato la capacità di reagire con i minerali di ossido piuttosto che respirare ossigeno come noi, per convertire i nutrienti organici in carburante biologico. Nel corso degli ultimi dodici anni o giù di lì, diversi gruppi di ricerca hanno provato vari modi per utilizzare questi microbi come bio- generatori, ma utilizzare questa energia in modo efficiente si è dimostrato impegnativo.                                                                                                                    Cosa c'è di nuovo: la batteria microbica è un design semplice ma efficace che mette questi batteri esoelettrogeni a lavorare. All’elettrodo negativo della batteria, le colonie di microbi cablati si aggrappano a filamenti di carbonio che fungono da conduttori elettrici efficienti. Utilizzando un microscopio elettronico a scansione, il team di Stanford ha catturato le immagini di questi microbi connessi  con viticci ai filamenti di carbonio.                                                           "Si può vedere che i microbi fanno i nanofili per discaricare i loro elettroni in eccesso ", ha detto Criddle. Mettere le immagini in prospettiva, circa 100 di questi microbi potrebbero rientrare, fianco a fianco, nella larghezza di un capello umano. Poiché questi microbi ingeriscono materia organica e la convertono in combustibile biologico, i loro elettroni in eccesso fluiscono nei filamenti di carbonio, e chiude il circuito attraverso l'elettrodo positivo, fatto di ossido d'argento, materiale che richiama questi elettroni. Gli elettroni scorrono al nodo positivo gradualmente e riducono l'ossido di argento in argento, memorizzando i pezzi di elettroni nel processo.                                                                                                               Secondo Xie, dopo un giorno  l'elettrodo positivo ha assorbito un carico completo di elettroni ed è stato ampiamente convertito in argento. A quel punto viene rimosso dalla batteria e riossidato in ossido di argento, rilasciando gli elettroni memorizzati. Gli ingegneri della Stanford stimano che la batteria microbica può estrarre circa il 30 per cento dell'energia potenziale rinchiuso nelle acque reflue. Questa è all’incirca la stessa efficienza con cui le migliori celle solari disponibili in commercio convertono la luce solare in energia elettrica. Naturalmente, non vi è molta meno energia potenziale nelle acque reflue. Anche così, gli inventori dicono che vale la pena di perseguire la batteria microbica perché potrebbe compensare in parte l’energia elettrica ora utilizzata per il trattamento delle acque reflue. Un uso che ora rappresenta circa il 3 per cento del carico elettrico totale nelle nazioni sviluppate. La maggior parte di questa elettricità va verso il pompaggio di aria in impianti di trattamento convenzionali delle acque reflue, dove i batteri ordinari utilizzano ossigeno nel corso della digestione, come gli esseri umani e altri animali. Guardando al futuro, gli ingegneri della Stanford dicono la loro sfida più grande sarà trovare un materiale economico ma efficace per il nodo positivo. “Abbiamo dimostrato il principio usando l'ossido d'argento, ma l'argento è troppo costoso per l'uso su larga scala ", ha dichiarato Cui, professore associato di scienza dei materiali e ingegneria. La ricerca è in corso per un materiale più pratico, ma per trovare un sostituto ci vorrà del tempo . “


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