Группа исследователей из университета Айовы (Iowa State
University) продемонстрировала первые работоспособные прототипы бумажных
микробиологических топливных элементов (microbial fuel cell, MFC), в которых
используются капиллярные свойства бумаги для обеспечения движения потока
жидкости через элемент.
Прототип работает непрерывно в течение 5 суток,
вырабатывая энергию в количестве 1.3 мкВт при силе тока 52.25 мкА, а общая
энергетическая плотность этих топливных элементов составляет 25 Вт на
квадратный метр. Приведенные цифры демонстрируют то, что такие топливные
элементы уже могут выступать в качестве источников энергии, работающих
абсолютно безвредным для окружающей среды способом.
Основой топливного элемента является тончайшая пленка из
микроорганизмов Shewanella Oneidensis MR-1, выращенная на поверхности
углеродистой ткани, своего рода углеродной бумаги.
Микроорганизмы усваивают
богатые электронами химические соединения, поставляемые им вместе с потоком
жидкости, и за счет цепочки биохимических реакций, проходящих в присутствии
ферментов-катализаторов, превращают их в другие соединения, а получившиеся при
этом избыточные электроны собираются при помощи электрода-анода. Процесс
переноса электрического заряда в ячейке весьма сложен и он уникален для
бактерий различных разновидностей.
Особую роль в деле эффективности работы топливного
элемента играет структура биологической пленки, состоящей из микроорганизмов.
Помимо обеспечения передачи свободных электронов эта пленка обеспечивает
непрерывное поступление питательных веществ и отвод продуктов метаболизма
каждой особи микроорганизмов.
Но пока еще очень рано говорить о начале практического
применения таких топливных элементов, которые в будущем смогут приводить в
действие сверхминиатюрные электронные устройства, включая датчики
экологического контроля и медицинские имплантаты.
Сейчас исследователи ищут
способ управления значением выходного напряжения топливного элемента для того,
чтобы обеспечить постоянство выдаваемой им мощности.
Кроме этого, ведутся
разработки состава электролита и питающего микроорганизмы состава, в котором не
будет присутствовать гексацианоферрата калия (Potassium Ferricyanide) и других
крайне вредных для человека веществ.
Параллельно с этими работами,
исследователи проводят тесты топливных элементов в условиях естественной
окружающей среды с целью обеспечения стабильной работы элементов при резких
перепадах температуры, давления, влажности и других параметров.
