Жива батарейка: вчені змусили бактерії перетворювати метан на електрику
Ефективність біологічної електростанції на основі анаеробних мікроорганізмів склала 31%, а це вище, ніж у газових ТЕС.
Учені навчилися збирати електроенергію, яку виробляють бактерії, поглинаючи метан. Дослідження описано у статті для журналу Frontiers in Microbiology.
Мікробіологи з Університету Наймегена в Нідерландах продемонстрували, що мікроорганізми можуть одночасно очищувати атмосферу від газових викидів і виробляти електроенергію для потреб людства. На думку вчених, електростанції зі спеціальними бактеріями можуть стати ефективнішими, ніж наявні установки з переробки метану.
"У нинішніх біогазових установках метан виробляється мікроорганізмами і згодом спалюється, що приводить в рух турбіну, виробляючи так електроенергію. Менше половини біогазу перетворюється на електроенергію, і це максимально досяжна потужність. Ми хочемо перевірити, чи можемо досягти більшого успіху, використовуючи мікроорганізми", — заявила Корнелія Велте, одна з авторів дослідження, сайту університету.
Вони разом із колегами провели успішні експерименти з бактеріями Candidatus Methanoperedens, які водяться у прісних водоймах. Цей вид належить до анаеробних метанотрофних археїв — мікробів, здатних виживати в найекстремальніших умовах, навіть там, де немає кисню.
Ще в 2006 році було встановлено, що Methanoperedens окислюють метан за допомогою нітратів, тому добре розмножуються в районах Нідерландів, просочених сільськогосподарськими добривами. Дослідники з'ясували, що ці бактерії в процесі електрохімічних реакцій утворюють зайві електрони, які "скидають" за допомогою металів або навіть передають іншим живим організмам. Перші спроби видобути електрику дозволили створити лише слабку напругу, крім того, вченим не вдалося зрозуміти природу утворення енергії.
Команда з Університету Неймегена зібрали зразки мікробів, у яких домінують археї, що живляться метаном, і виростили їх у середовищі з малою кількістю кисню, де єдиним джерелом електронів став метал. Поряд із колонією помістили металевий електрод із нульовою напругою для створення струму.
"Ми створюємо своєрідну батарею з двома терміналами, один з яких є біологічним терміналом, а інший — хімічним терміналом. Ми вирощуємо бактерії на одному з електродів, яким бактерії віддають електрони внаслідок переробки метану", — пояснила інша учасниця наукового проєкту Гелін Уботер.
За словами вчених, їм вдалося перетворити на електроенергію 31% усього метану. Вивчення процесу дозволить збільшити ефективність і створити високоефективні живі батареї, які зможуть використати кожну частинку газу для вироблення електрики. Це дозволить відмовитися від доставки метану трубами на великі відстані до газових електростанцій, адже ефективність деяких із них зараз становить менше 30%.
Варто зазначити, що метан — це летка речовина біологічного походження, що міститься в природному, нафтовому, рудничному та болотяному газах, його також виробляють деякі живі організми, такі як корови. Він також утворюється під час коксування кам'яного вугілля та інших промислових процесах. Головна небезпека метану полягає в тому, що він утримує тепло в 25 разів краще за вуглекислий газ, а тому значно сприяє парниковому ефекту.
Раніше писали, що бактерії можуть перетворювати метан на паливо — метанол. Метанотрофні бактерії споживають 30 мільйонів тонн парникового газу на рік, і вчені США виявили механізми, які дозволяють керувати цим процесом.