Καθώς αναλογιστούμε τον τρόπο με τον οποίο θα προμηθεύουμε τις αυξανόμενες ενεργειακές ανάγκες του κόσμου κατά τη διάρκεια του 21ου αιώνα, η συζήτηση συνήθως μεταβάλλεται μεταξύ ορυκτών καυσίμων όπως ο άνθρακας, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο και οι αναδυόμενες εναλλακτικές πηγές ενέργειας όπως η αιολική και η ηλιακή ενέργεια . Όλο και περισσότερο, όμως, οι επιστήμονες και οι μηχανικοί εξετάζουν το ενδεχόμενο να βρεθούν σε μια απίθανη πηγή καυσίμων για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια: τα λύματα που συνήθως ξεπλένουμε κάτω από την αποχέτευση.
Νωρίτερα αυτή την εβδομάδα, οι μηχανικοί του κρατικού πανεπιστημίου του Όρεγκον ανακοίνωσαν μια νέα πρόοδο στα μικροκυτταρικά καύσιμα που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια από τα λύματα. Όπως περιγράφεται σε άρθρο του περιοδικού Energy and Environmental Science, έχουν αναπτύξει μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί βακτήρια για τη συλλογή ενέργειας από τα βιοαποικοδομήσιμα συστατικά των λυμάτων με ρυθμό που είναι 10 έως 50 φορές πιο αποτελεσματικός από τις προηγούμενες μεθόδους.
Ο μηχανικός Hong Liu συνεργάζεται με την κυψέλη καυσίμου στο εργαστήριο. (Φωτογραφία μέσω του Πανεπιστημίου του Όρεγκον) "Εάν η τεχνολογία αυτή λειτουργεί σε εμπορική κλίμακα όπως πιστεύουμε, η επεξεργασία των λυμάτων θα μπορούσε να είναι ένας τεράστιος παραγωγός ενέργειας, όχι ένα τεράστιο ενεργειακό κόστος", δήλωσε ο Hong Liu, ένας από τους συντάκτες της μελέτης. "Αυτό θα μπορούσε να έχει αντίκτυπο σε όλο τον κόσμο, εκτός από πολλά χρήματα, να παρέχει καλύτερη επεξεργασία νερού και να προωθεί την ενεργειακή βιωσιμότητα".
Σήμερα, οι συμβατικές μέθοδοι επεξεργασίας λυμάτων καταναλώνουν μεγάλη ποσότητα ενέργειας - περίπου το 3% του συνόλου της ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιείται στη χώρα, εκτιμούν οι ειδικοί. Εάν οι επιστήμονες είναι σε θέση να καταλάβουν έναν αποτελεσματικό τρόπο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ως μέρος της διαδικασίας, θα μπορούσαν να μετατρέψουν αυτή την εξίσωση στο κεφάλι της. Η ιδέα υπήρξε εδώ και αρκετό καιρό, αλλά μόλις πρόσφατα έχουμε πρακτικές εξελίξεις, μας έφερε πιο κοντά στην εμπορική εφαρμογή της αρχής.
Προηγούμενες μέθοδοι στηρίζονται στην αναερόβια χώνευση, στην οποία τα βακτήρια διασπούν τα βιοαποικοδομήσιμα στοιχεία στα απόβλητα ύδατα απουσία οξυγόνου και παράγουν μεθάνιο (φυσικό αέριο) ως υποπροϊόν. Αυτό το αέριο μπορεί στη συνέχεια να συλλεχθεί και να καεί ως καύσιμο.
Η τεχνολογία της πολιτειακής πολιτείας του Όρεγκον, αντίθετα, αξιοποιεί το βιοαποικοδομήσιμο υλικό στα λύματα για να τροφοδοτεί αερόβια βακτήρια, τα οποία αφομοιώνουν τις ουσίες με τη χρήση οξυγόνου. Όταν τα μικρόβια οξειδώνουν αυτά τα συστατικά των λυμάτων - και, με τη σειρά τους, καθαρίζουν το νερό - παράγουν ένα σταθερό ρεύμα ηλεκτρονίων. Καθώς τα ηλεκτρόνια ρέουν από την άνοδο στην κάθοδο εντός μιας κυψέλης καυσίμου, παράγουν ένα ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα ως πηγή ενέργειας. Επιπλέον, η διαδικασία αυτή καθαρίζει το νερό πιο αποτελεσματικά από την αναερόβια χώνευση και δεν παράγει ανεπιθύμητα υποπροϊόντα.
Στο εργαστήριο, η οργάνωση της ομάδας - η οποία βελτιώνει τα προηγούμενα σχέδια με πιο στενά διαχωρισμένες ανόδους και κάθοδοι και μια νέα διαδικασία διαχωρισμού υλικού που απομονώνει την οργανική περιεκτικότητα των λυμάτων σε πιο συμπυκνωμένη μορφή, παράγει περισσότερο από δύο κιλοβάτ ανά κυβικό μέτρο λυμάτων, σημαντικά μεγαλύτερη ποσότητα από τις προηγούμενες τεχνολογίες αναερόβιας χώνευσης. Για λόγους σύγκρισης, το μέσο νοικοκυριό των ΗΠΑ χρησιμοποιεί περίπου 1, 31 κιλοβάτ ηλεκτρικής ενέργειας ανά πάσα στιγμή. Η νέα συσκευή μπορεί να λειτουργήσει σε οποιοδήποτε είδος οργανικού υλικού - όχι μόνο απόβλητα, αλλά και άχυρο, ζωικά απόβλητα και υποπροϊόντα από τη βιομηχανική παραγωγή μπύρας και γαλακτοκομικών προϊόντων.
Οι ερευνητές λένε ότι έχουν αποδείξει την τεχνολογία σε αρκετά μεγάλη κλίμακα στο εργαστήριο και είναι έτοιμοι να προχωρήσουν σε μια πιλοτική μελέτη μεγάλης κλίμακας. Επιδιώκουν χρηματοδότηση για τη δημιουργία μιας κυψέλης καυσίμου μεγάλης κλίμακας, ιδανικά σε συνδυασμό με μια μονάδα επεξεργασίας τροφίμων, η οποία θα παρήγαγε συνεπή και υψηλής ποσότητας ροή αποβλήτων. Προβλέπουν ότι, μόλις αποδειχθεί η τεχνολογία και υποβαθμιστεί το κόστος κατασκευής, η εφαρμογή αυτού του είδους επεξεργασίας λυμάτων θα παράγει ηλεκτρική ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές και θα μειώσει το κόστος επεξεργασίας των λυμάτων.
Αυτή η τεχνολογία θα ήταν ιδιαίτερα ελκυστική σε μια αναπτυσσόμενη χώρα, όπου θα λύσει αμέσως δύο προβλήματα: έλλειψη φθηνών ηλεκτρικών ρευμάτων και έλλειψη καθαρού νερού. Η έρευνα για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της διαδικασίας εξακολουθεί να είναι σε εξέλιξη, αλλά φαίνεται ότι σύντομα, οι ημέρες της έκπλυσης ενέργειας κάτω από την τουαλέτα θα έχουν τελειώσει.
