Живая батарейка: ученые заставили бактерии превращать метан в электричество

Ученые научились собирать электроэнергию, которую бактерии вырабатывают, поглощая метан. Исследование описано в статье для журнала Frontiers in Microbiology.

Микробиологи из Университета Неймегена в Нидерландах продемонстрировали, что микроорганизмы могут одновременно очищать атмосферу от газовых выбросов и вырабатывать электроэнергию для нужд человечества. По мнению ученых, электростанции со специальными бактериями могут стать более эффективными, чем существующие установки по переработке метана.

"В нынешних биогазовых установках метан вырабатывается микроорганизмами и впоследствии сжигается, что приводит в движение турбину, таким образом вырабатывая электроэнергию. Менее половины биогаза преобразуется в электроэнергию, и это максимально достижимая мощность. Мы хотим проверить, можем ли добиться большего успеха, используя микроорганизмы", — заявила сайту университета Корнелия Велте, одна из авторов исследования.

Она вместе с коллегами провели успешные эксперименты с бактериями Candidatus Methanoperedens, которые водятся в пресных водоемах. Этот вид относится к анаэробным метанотрофным археям — микробам, способным выживать в самых экстремальных условиях, даже там, где нет кислорода.

Еще в 2006 году было установлено, что Methanoperedens окисляют метан с помощью нитратов, а потому хорошо размножаются в районах Нидерландов, пропитанных сельскохозяйственными удобрениями. Исследователи выяснили, что эти бактерии в процессе электрохимических реакций создают лишние электроны, которые "сбрасывают" при помощи металлов или даже передают другим живым организмам. Первые попытки извлечь электричество позволили создать лишь слабое напряжение, кроме того ученым не удалось понять природу образования энергии.

Команда из Университета Неймегена собрали образцы микробов, в которых доминируют археи, питающиеся метаном, и вырастили их в среде с малым количеством кислорода, где единственным источником электронов стал металл. Рядом с колонией поместили металлический электрод с нулевым напряжением для создания тока.

"Мы создаем своего рода батарею с двумя терминалами, один из которых является биологическим терминалом, а другой — химическим терминалом. Мы выращиваем бактерии на одном из электродов, которым бактерии отдают электроны в результате переработки метана", — объяснила другой участник научного проекта Хелин Уботер.

По словам ученых, им удалось превратить в электроэнергию 31% всего метана. Изучение процесса позволит увеличить эффективность и создать высокоэффективные живые батареи, которые смогут использовать каждую частичку газа для выработки электричества. Это позволит отказаться от доставки метана по трубам на большие расстояния к газовым электростанциям, ведь эффективность некоторых из них сейчас составляет менее 30%.

Стоит отметить, что метан — это летучее вещество биологического происхождения, который содержится в природном, нефтяном, рудничном и болотных газах, его также вырабатывают некоторые живые организмы, такие как коровы. Он также образуется при коксировании каменного угля и других промышленных процессах. Главная опасность метана заключается в том, что он удерживает тепло в 25 раз лучше углекислого газа, а потому значительно способствует парниковому эффекту.

Ранее писали, что бактерии могут превращать метан в топливо — метанол. Метанотрофные бактерии потребляют 30 миллионов тонн парникового газа в год, и ученые из США выявили механизмы, которые позволяют управлять этим процессом.