Учёные получили от микробов чистый водород

Руководитель проекта — Брюс Логан (справа) — возглавляет также исследовательский центр водородной энергетики (H2E) университета Пенсильвании, в котором проходил эксперимент (фото Penn State).

Авторы новой системы придумали, как вырабатывать даровой водород в ходе самоподдерживающегося процесса, требующего в качестве сырья органические отходы, а также солёную и пресную воду.

Брюс Логан (Bruce Logan) и Ёунк Ким (Younggy Kim) из университета Пенсильвании продолжили начатую несколько лет назад тему микробных электролизёров.

Напомним, в таких аппаратах водород выдают бактерии, перерабатывающие органику. Но для преодоления так называемого барьера брожения микробам нужна была небольшая помощь — напряжение, подводимое извне. В противном случае вместо чистого водорода получаются его соединения.

Затраты электричества делают бактериальные электролизные ячейки не слишком привлекательными. Для преодоления этого недостатка три года назад китайцы скрестили бактериальный электролизный аппарат с микробными же топливными элементами.

А Логан и Ким решили пойти иным путём. Они вспомнили, что разность потенциалов можно получить, объединив анод, катод с мембраной между ними и подав в соседние полости морскую и речную воду. Перемещение ионов через ячейку создаст ток. (Генераторы на таком принципе мы уже видели.)

Эффективность преобразования энергии в MREC (на снимке) рассчитывалась исходя из изменения солёности воды и расхода органических веществ (фото Bruce Logan, Penn State).

Новаторы из Пенсильвании соединили упомянутый выше принцип с технологией микробных топливных и электролизных элементов. Исследователи собрали сэндвич из пяти пар отсеков с солёной и пресной водой, добавив снаружи электроды.

В область анода изобретатели поместили бактерии, способные в ходе метаболических реакций (окисления ацетатов) выдавать электроны во внешнюю среду. Получилась «микробная электролизная ячейка на обратном электродиализе» (microbial reverse-electrodialysis electrolysis cell — MREC).

Опыт показал, что аппарат MREC способен производить топливо с темпом 0,8-1,6 м3 H2 на 1 м3 анолита в сутки при расходе морской и речной воды в количестве от 0,1 до 0,8 мл/мин.

Правда, при этом на катоде в качестве катализатора была использована платина. Замена её на более дешёвое вещество, сульфид молибдена (MoS2), привела лишь к некоторому снижению эффективности устройства. В первом случае КПД составлял 58-64%, а во втором — 51%. Насосные затраты оказались равны 1% от вырабатываемой (в виде водорода) энергии.

Как передаёт BBC News, авторы MREC уверены, что такие устройства пригодятся в очистке сточных вод, содержащих биоразлагаемую органику. Новые ячейки вырабатывали бы из грязной воды чистый водород без потребления электрической энергии извне.

(Результаты нынешнего опыта можно найти в статье в PNAS.)



Известный изобретатель запатентовал надувной ветряк

21 сентября 2011

Развивающиеся страны получат бутылочное освещение

20 сентября 2011

Биологи подсмотрели за бактериальным осаждением урана

6 сентября 2011

Химики придумали удобный метод хранения водорода

31 августа 2011

Учёные получили топливо из старых газет

29 августа 2011
  • Константин Босенко  21 сентября, 18:53
    Вот это стоящее изобретение! Только не совсем понятно про возможность увеличения резервуара.
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  21 сентября, 19:46
    Блеать!!! ©
    КУДА смотрели рецензенты и все те [censored], допустившие это в печать??!
    0,8 мл/мин * 60 * 24 = 1,152 л/сут.
    ОТКУДА взялись кубометры????!
    Теоретики хреновы... Пусть для начала попробуют промасштабировать свою ячейку раз в 10-100-1000, чтобы убедиться, что эффективность при масштабировании падает (!), и никак иначе.
    И таки да: водород получали ещё сто лет (почти) назад с использованием клеток рода Clostridium. И сейчас получают. Но, видимо, они дают какой-то «грязный» водород — новость потрясающая воображение!
    С уважением.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  21 сентября, 19:55
    Не спешите ругаться. Водород от клеток и без внешних энергетических затрат? Или может всё же водород в составе углеводородов? Речь то не просто о «биотопливе из органики» (что освоено и правда давно), а об электролизе (!), но с участием в нём бактерий и их метаболизма.

    По числам — смотрите ссылку на статью. Полагаю, там смешаны разные понятия: общий поток электролита (считай воды с разными «добавками») через устройство и затраты той воды, что разлагается, давая выход водорода. А кубометр водорода (газа) — это в граммах ведь совсем ерунда. Так что может всё и сходится.

    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  21 сентября, 19:57
    PS А масштабирование — это да, ещё вопрос. Обычно при росте размеров всё получается не так гладко. Но всё равно опыт интересный.
    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Гненный  21 сентября, 20:10
    Да, все верно, 0,8 мл в минуту. Только это расход воды, а не выход водорода. Если при масштабировании сохранится хотя бы порядок эффективности, водород из морской воды и органических отходов (которые могут производить другие бактерии из углекислого газа фотосинтезом, например) — это прорыв.
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  21 сентября, 20:31
    Леонид

    К сожалению, у меня нет доступа: добрые админы решили что-то улучшить и теперь, как и следовало ожидать, ничего не работает...
    По теме:
    1). Вы так до вечного двигателя договоритесь... ))
    Чтобы продать что-то, надо сначала купить что-то. Если подвода электричества нет, то энергию клетки берут из обычных субстратов. Зачем тогда по вашему в среду кидают органические отходы??
    2). При чём тут граммы?? Совершенно очевидно энти камрады умножили полученную у них в эксперименте на: 1000/1,152=868. Т.е. у них исходная (=реальная) производительность: 1600/868=1,84 л водорода с литра среды в сутки. Но это же как у всех... А вот если будут кубометры — тогда да!..

    Дмитрий
    Вы не поняли! Если среда подаётся со скоростью л/сут, то откуда по вашему в знаменателе результирующей производительности кубометры?.. Это риторический вопрос. Можете на него не отвечать.
    Посмотрите, наконец, на фото ячейки: где вы наблюдаете кубовый реактор со средой?..
    Да и прорывом тут не пахнет...

    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  21 сентября, 20:41
    Энергию берут из субстрата и из разности солёной и пресной воды. Новизна как раз в этом сочетании. Потенциал от элемента, основанного на протоке морской воды, помогает бактериям в ходе переработки органики выдавать водород.
    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Гненный  21 сентября, 21:40
    Кубового реактора нету, думаю производительность дана в пересчете на кубовый. В литре воды чуть больше кубометра водорода, пересчитайте. Основная энергия поступает из органики, как и водород, возможно. В чем же нестыковка?

    Прорыв в комбинации, как это часто бывает, в отдельных составляющих его нет.

    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  22 сентября, 13:59
    Вот! Я про то и говорю, что: а) «титанический» результат получен аппроксимированием, б) чудес не бывает — мифического «электролиза» здесь нет, а есть переработка органики в водород, что не ново...

    З.Ы. Читаем внимательно: «MREC способен производить топливо с темпом 0,8-1,6 м3 H2 на 1 м3 анолита в сутки». Так что, если рассуждать про электролиз, то, как вы верно отметили, из 1 кубометра анолита должно получаться 1244 кубометров водорода (при н.у.).

    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Гненный  22 сентября, 14:30
    Наша дискуссия становится похожа на пересказ статьи мной вам. Прочтите ее, пожалуйста, действительно внимательно, как вы выразились, и не передергивайте факты, и, тем более, мои слова.

    На кубометр реактора суточный расход воды около литра, а не кубометра. И суточный выход с него — кубометр водорода.

    Если вам сложно увязывать между собой литры воды и кубометры водорода, можно перейти к единицам массы. Но это, к сожалению, не решит проблемы путаницы кубометров с кубометрами в сутки.

    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  22 сентября, 15:50
    Передёргивать там особо нечего...
    Авторы дают производительность на КУБОМЕТР АНОЛИТА (!!), литрами там и не пахнет. И если Вы не можете этого осознать, пересчёт на граммы вам не поможет.
    За сим откланиваюсь.
    ОтветитьНравится
  • Александр Вихров  21 сентября, 20:09
    Производительность всё равно низкая. 365 кубометров в год отнюдь не промышленные масштабы и вряд ли компенсируют затраты.
    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Гненный  21 сентября, 21:35
    А затрат нет! Если с кубометра проточной воды можно получать 365 кубометров водорода и катализатор отравляется медленно, то по-моему это очень неплохо.
    ОтветитьНравится
  • Александр Вихров  22 сентября, 08:24
    Здрасьте! А сам аппарат ничего не стоит? Ухода не требует? Электроды, поддержание бактериальной экосистемы, снабжение морской и пресной водой? Да и сульфид молибдена отнюдь не дешев.
    ОтветитьНравится
  • Михаил Фёдоров  22 сентября, 08:33
    на мой взгляд 1.5 кубометра водорода из кубометра сточных вод без внешних затрат это конечно здорово... но мало. Допустим 1 человек производит в день 100 литров сточных вод (подозреваю что просто вылитая из крана вода не в счёт?). соответственно в год это 9 кубометров водорода. то есть значительно меньше килограмма. смотрим сколько стоит килограмм водорода — от 2 долларов при производстве традиционными способами. Прикидываем стоимость установки и затраты на её обслуживание. Сопоставляем цифры делаем выводы.
    Так что пока — только перспективы...
    ОтветитьНравится
  • Михаил Фёдоров  22 сентября, 08:44
    ой... де то обсчитался... ладно хоть не на порядок... соответствено 55 кубометров или около 5 кг. водорода.
    ОтветитьНравится
  • Владимир Королёв  22 сентября, 10:56
    Асташкин это еще 30 лет назад придумал..)))
    ОтветитьНравится
  • Олег Апарцев  22 сентября, 11:22
    Меня интересуют не литры воды, пусть даже соленой.
    Какая органика может разлагаться? Жиры, целлюлоза, белки?
    Каков выход водорода из 1 кг гнилых яблок, например.
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  22 сентября, 15:55
    К сожалению, нет доступа к статье... Раньше PNAS был доступен через Blackwell, а затем через Wiley... Теперь всё грустно....
    К чему это я: можно было бы посмотреть, что за культуру они используют, и, исходя из этого, прикинуть, что утилизируется лучше всего. Но обычно применительно к сточным водам эти вещества не дифференцируют и говорят о ХПК/БПК и органическом азоте.
    С уважением.
    ОтветитьНравится
  • Александр Амелькин  23 сентября, 10:10
    Ёунк? С чего бы он вдруг «Ё», «у», да ещё и «к» на конце, если он Younggy? Он должен быть Янги, может быть Янг-ги.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  23 сентября, 10:19
    А как вы его транскрибировали бы? На английский манер? Он же кореец. Хотя я в правильности не уверен. Можете проверить anime.dvdspecial.ru/Japan/korean.shtml или ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D1%86%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%87%D0%B0
    ОтветитьНравится