Scienziati di Stanford usano ‘microbi cablati’ per generare elettricità da liquami

Alcuni ingegneri di Stanford hanno escogitato un nuovo modo per generare energia elettrica da liquami, utilizzando “microbi cablati”(wired microbes) in modo naturale come mini centrali elettriche, i quali producono energia elettrica mentre digeriscono rifiuti vegetali e animali.Batteri che producono energia rinnovabile da acque reflue

In un articolo pubblicato oggi negli Atti della National Academy of Sciences, co-autori Yi Cui, uno scienziato dei materiali, Craig Criddle, un ingegnere ambientale, e Xing Xie, un ricercatore interdisciplinare, chiamano la loro invenzione una batteria microbica.

Essi sperano che sarà utilizzata in luoghi come impianti di depurazione, o di 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 di laboratorio è delle dimensioni di una batteria D 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, allegati all’elettrodo negativo come cozze allo scoglio, un insolito tipo di batteri banchetta a particelle di rifiuti organici e produce energia elettrica che viene catturata da elettrodo positivo della batteria.

“Noi la chiamiamo la pesca di elettroni”, ha detto Criddle, professore nel dipartimento di ingegneria civile e ambientale.

Gli scienziati sanno da tempo dell’esistenza di ciò che essi chiamano microbi exoelettrogenici – organismi che si sono evoluti in ambienti senz’aria e sviluppato la capacità di reagire con i ossidi minerali 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 catturare questa energia in modo efficiente si è dimostrato impegnativo.

Cosa c’è di nuovo nella batteria microbica è un design semplice ma efficace che mette questi batteri exoelettrogenici a lavorare.

All’elettrodo negativo della batteria, le colonie di microbi cablati si aggrappano a filamenti di carbonio che fungono da conduttori elettrici. Utilizzando un microscopio elettronico a scansione, il team di Stanford ha catturato le immagini di questi microbi connessi con tentacoli lattei ai filamenti di carbonio.

“Si può vedere che i microbi usano dei nanofili per scaricare i loro elettroni in eccesso”, ha detto Criddle. 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 raggiungono l’elettrodo positivo, che è fatto di ossido d’argento, un materiale che richiama elettroni.

Gli elettroni che fluiscono al nodo positivo gradualmente riducono l’ossido di argento in argento, immagazzinando gli elettroni in eccesso nel processo. Secondo Xie, dopo un giorno circa l’elettrodo positivo ha assorbito un carico completo di elettroni ed è stato ampiamente convertito in argento.

A quel punto è rimosso dalla batteria e ri-ossidato in ossido di argento, rilasciando gli elettroni immagazzinati.

I ricercatori stimano che la batteria microbica può estrarre circa il 30 percento dell’energia potenziale rinchiusa nelle acque reflue. Questa è grosso modo 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 perseguire la batteria microbica perché potrebbe compensare in parte l’energia elettrica ora utilizzata per il trattamento delle acque reflue che attualmente 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 acque reflue negli impianti di trattamento convenzionali dove i batteri ordinari utilizzano ossigeno nel corso della digestione.

Guardando al futuro, i ricercatori dell’università di Stanford dicono la loro sfida più grande sarà trovare un materiale economico ma efficace per il nodo positivo della batteria.

“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.

“Anche se la ricerca è in corso per un materiale più pratico, trovare un sostituto vorrà del tempo”.

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