Злаки осветят окрестности: как получить из риса электричество?

Соединив в одну хитроумную систему целый ряд технических разработок, нидерландские ученые хотят заставить живые растения производить электроэнергию в коммерческом масштабе.

Как вам понравится огород, который не только снабжает вас овощами, но еще и сам себя освещает? Пока это чистая утопия, но в принципе работа двух молодых нидерландских исследователей - Марйолейн Хелдер (Marjolein Helder) и Давида Стрика (David Strik) - вполне может - в случае успеха - привести именно к такому результату. Экспериментальная установка ученых находится на крыше одного из лабораторных корпусов университета Вагенингена. Она представляет собой две большие квадратные ванны, в каждой из которых стоит по дюжине пластмассовых ведер, наполненных влажным грунтом, водой или илом.

На этом субстрате нидерландские исследователи выращивают разные виды трав, злаков и водорослей. Но эти ученые - не ботаники, а биохимики. Да и свисающие из ведер электрические провода указывают на то, что главная цель проводимых опытов едва ли связана с растениеводством.

"В принципе тут все объясняется очень просто, - говорит Давид Стрик. - Растения в процессе фотосинтеза вырабатывают органические вещества, причем до 40 процентов этих веществ уходят в почву. А в почве обитают самые разные микроорганизмы: бактерии, плесневые грибы и много чего еще. И все они питаются органикой, синтезируемой растениями. Мы же установили здесь биобатарею, то есть воткнули в землю два электрода, и между ними течет ток благодаря бактериям, выделяющим электрический заряд". "Отлично!" - скажете Вы. И будете правы. Тогда и не придется искать, как купить светодиодные лампы для растений, если то, о чем говорят ученые, станет реальностью.

Микробный топливный элемент на крыше университета

Нидерландские ученые обратились к открытию, сделанному более полувека назад: все живые организмы в процессе переваривания пищи (вернее, в процессе диссимиляции, то есть при расщеплении глюкозы) производят электричество, пусть и в крайне малых количествах. Но если большинство организмов расходуют его на собственные физиологические нужды, то бактерии выделяют его в окружающую среду. Как правило, заряд переносится на молекулы кислорода в воздухе, однако в анаэробных условиях, то есть в бескислородной среде, бактерии вынуждены искать другие способы избавиться от лишнего электрического потенциала.

Особенно активно в этой области на стыке электрохимии и микробиологии работала группа немецких исследователей - сначала в университете Грайфсвальда, потом - в техническом университете Брауншвейга. Итогом их деятельности стала модификация так называемого микробного топливного элемента (MFC - Microbial Fuel Cell).

А то, что сконструировали теперь нидерландские специалисты - это комбинация из двух предложенных ранее технических решений. Давид Стрик говорит: "Мы, по сути дела, создали природную солнечную батарею. То есть растения поглощают солнечную энергию и передают ее бактериям, а те производят электричество".

В сильные морозы биобатарея не работает

Батарея представляет собой два электрода, воткнутые в субстрат, и обитающие в субстрате бактерии переносят электрические заряды непосредственно на анод. Но чтобы ток в цепи тек непрерывно, бактерии должны постоянно питаться. Снабжение микробов глюкозой осуществляют растущие на том же субстрате травы, поясняет Давид Стрик: "Вообще-то процесс идет и днем, и ночью, то есть электричество вырабатывается круглые сутки. Прошлой зимой, правда, процесс на несколько дней остановился, потому что было очень холодно, и субстрат насквозь промерз. Но стоило льду растаять, как в цепи опять потек ток".

Конечно, производительность такой батареи колеблется в зависимости от времени суток, от погоды и - не в последнюю очередь - от вида растений. Ведь разные растения создают для бактерий разные условия обитания. До сих пор лучше всего зарекомендовали себя манник водный (злак, образующий густые заросли на берегах прудов и прочих стоячих водоемов) и рис. "Сейчас мы получаем 0,2 ватта с квадратного метра, и полагаем, что года через три сможем довести этот показатель до трех ватт с квадратного метра, - говорит Давид Стрик. - А три ватта - не так уж мало. Хватает, например, для подзарядки аккумулятора мобильного телефона".

Разработчикам видится и применение в разного рода бытовых слаботочных системах - например, в качестве источника питания светодиодных ламп. Молодые ученые основали фирму Plant-e и надеются уже в обозримом будущем выйти со своим детищем на рынок. А в планах на ближайший год - полное озеленение крыши одного из корпусов родного университета с целью получения "самой зеленой в мире" электроэнергии для декоративной подсветки.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Дарья Брянцева

DW