Tạo ra điện từ nước thải liệu có khả thi?

Theo Sputnik, các nhà khoa học thuộc Đại học Công nghệ Hóa học D. Mendeleev của Nga (MUCTR) cùng với các nhà nghiên cứu từ Viện Hóa lý và Điện hóa Frumkin thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga (IPCE RAS) và Đại học Genoa (Ý), đang phát triển công nghệ pin nhiên liệu vi sinh (MFCs) mới có thể giúp sản xuất điện thông qua quá trình oxy hóa các chất hữu cơ bởi các vi sinh vật đặc biệt. Các nhà khoa học coi việc kết hợp giữa việc phát trỉển MFCs với các hệ thống xử lý nước thải có thể là một nguồn năng lượng xanh đầy hứa hẹn.

Nghiên cứu của họ chỉ ra rằng, một số vi sinh vật có khả năng kiếm ăn trong môi trường không có oxy bằng cách oxy hóa các chất hữu cơ đồng thời giải phóng electron ra môi trường bên ngoài.

Vào đầu thế kỷ XX, các nhà khoa học đã cố gắng sử dụng những vi sinh vật như vậy để sản xuất điện, nhưng cho đến gần đây, sức mạnh của pin nhiên liệu vi sinh vẫn chưa đáng kể. Pin vi sinh có thể chạy trên nhiều loại chất hữu cơ, bao gồm nước thải hoặc chất thải công nghiệp.

Các nhà khoa học giải thích rằng việc tìm ra cấu hình pin nhiên liệu vi sinh tối ưu không phải là một nhiệm vụ dễ dàng, đòi hỏi mô hình toán học có tính đến vật liệu điện cực, nồng độ cơ chất hữu cơ và tốc độ nạp liệu, pH của môi trường, hình dạng hệ thống và các yếu tố khác.

"Chúng tôi đã phát triển một mô hình pin nhiên liệu vi sinh toàn diện vượt qua các chất tương tự một cách chi tiết, đồng thời chúng tôi đã tính toán sự phát triển của quần thể vi sinh vật, tốc độ tiêu thụ và hình thành chất hữu cơ dễ oxy hóa, sự di chuyển điện của proton giữa các điện cực, sự khuếch tán của các thành phần hữu cơ và động học của phản ứng điện hóa. Sử dụng mô hình này, chúng tôi đã tính toán các quy luật cơ bản mới của hệ thống và tối ưu hóa một trong những đặc điểm quan trọng - nồng độ của chất hữu cơ", phó giáo sư tại Đại học Công nghệ Hóa học D. Mendeleev của Nga Violetta Vasilenko cho biết.

Một dung dịch glucose trong một hỗn hợp muối được dùng làm chất nền trong pin, và nguồn vi sinh vật là bùn hoạt tính được sử dụng để xử lý nước thải. Các nhà khoa học đã tinh chỉnh giá trị của các thông số số được nhúng trong mô hình dựa trên kết quả thí nghiệm và sau đó sử dụng mô hình để tính toán nồng độ tối ưu của glucose trong dung dịch dinh dưỡng. Tương tự, các thông số pin nhiên liệu vi sinh quan trọng khác có thể được tối ưu hóa bằng cách sử dụng mô hình đề xuất, các nhà khoa học lưu ý.

Theo Anatoly Antipov, nhà nghiên cứu hàng đầu tại Khoa Hóa học tại Đại học Tổng hợp Lomonosov Moscow, nhu cầu về các loại máy phát điện sử dụng nguyên liệu hữu cơ tái tạo đang không ngừng tăng lên trong bối cảnh mức tiêu thụ điện tăng đều đặn.

"Hoạt động của pin nhiên liệu vi sinh được xác định bởi một tập hợp các yếu tố phức tạp, từ sự phát triển của môi trường vi khuẩn đến động học của các phản ứng điện cực diễn ra. Do đó, việc tối ưu hóa thử nghiệm của Pin nhiên liệu vi sinh thường trở thành một nhiệm vụ cực kỳ lớn. Mô hình được tạo ra bởi các đồng nghiệp từ Đại học Công nghệ Hóa học D. Mendeleev giúp lựa chọn các thông số chính dựa trên các dự báo toán học, do đó giảm đáng kể khối lượng thí nghiệm", Anatoly Antipov nói với Sputnik.

Trong tương lai, các nhà khoa học của Đại học Công nghệ Hóa học D. Mendeleev đang có kế hoạch sử dụng mô hình mới để phát triển một hệ thống hybrid xử lý nước thải với phát điện đồng bộ.