Bakterie zamiast elektrowni. Czy rewolucja energetyczna drzemie w naszych toaletach?
Codziennie spłukujemy w toaletach fortunę, której kompletnie nie zauważamy. Ścieki to nie tylko uciążliwy odpad, ale gigantyczny, niewykorzystany magazyn energii i cennych minerałów. Naukowcy wskazują, że dzięki pomocy specjalnych bakterii możemy zamienić „brudny” problem w czysty zysk dla całej planety. Jak to zrobić?
Ścieki, jak nazwa wskazuje, traktowane są jako kłopotliwy i śmierdzący odpad. Każdego roku produkowana jest ich niewyobrażalna ilość: około 359 miliardów metrów sześciennych. To wystarczająco dużo, aby czterokrotnie wypełnić Jezioro Genewskie.
Międzynarodowy zespół badaczy pod kierunkiem prof. Uwe Schrödera z Uniwersytetu w Greifswaldzie postanowił bliżej przyjrzeć się potencjałowi drzemiącemu w ściekach. Wnioski opublikował na łamach „Frontiers in Science”.
Energia w ściekach
Ścieki są prawdziwą kopalnią wartościowych składników – to jeden z wniosków badaczy. Zawierają materię organiczną oraz cenne pierwiastki, takie jak fosfor i azot. Profesor Uwe Schröder wyliczył, że energia chemiczna uwięziona w globalnych ściekach to ponad 800 000 GWh. To tyle, ile rocznie produkuje 100 elektrowni jądrowych.
Dodatkowo, odzyskując z nich substancje, moglibyśmy zaspokoić 11% światowego zapotrzebowania na amoniak i 7% na fosforany. Zamiast niszczyć ekosystemy, nasze odpady mogłyby zasilać rolnictwo. Ale jak to zrobić?
Mikroby z elektryczną supermocą
Jak wydobyć to potencjał płynący wraz z nieczystościami? Kluczem są technologie mikrobowych ogniw elektrochemicznych (MET). Wykorzystują one niezwykłe mikroorganizmy zwane bakteriami elektrogenicznymi. Podczas rozkładania nieczystości potrafią przekazywać elektrony na zewnątrz swojego ciała. Jeśli połączymy je z odpowiednimi elektrodami, stworzą przepływ prądu elektrycznego.
To rozwiązanie jest znacznie sprawniejsze niż obecnie stosowane metody. Tradycyjne procesy odzyskują zaledwie 28% energii chemicznej ze ścieków. Nowoczesne systemy MET w laboratorium osiągają już wynik na poziomie 35%.
Co to oznacza w praktyce? Cały sektor wodny zużywa obecnie około 4% światowej energii. Wprowadzenie „bakteryjnych elektrowni” mogłoby sprawić, że oczyszczalnie staną się samowystarczalne energetycznie.
Technologia MET już działa, ale obecnie znajduje się na etapie przechodzenia z laboratoriów do testów w rzeczywistym świecie. Choć systemy te są technicznie wykonalne, ich powszechne wdrożenie napotyka na liczne bariery, w tym formalne.
Od nawozów po światło w toalecie
Odzyskiwanie energii ze ścieków to tylko początek korzyści. Mikroby mogą pomóc również z pozyskiwaniem z nich cennych składników nawozów. Normalnie ich produkcja jest bardzo energochłonna i szkodliwa dla klimatu.
Dzięki bakteriom proces ten staje się naturalny i tani. Dodatkowo usuwanie tych związków ze ścieków chroni rzeki przed zakwitami alg, które duszą ryby. Po takim procesie woda może służyć do podlewania roślin lub chłodzenia maszyn w fabrykach.
Technologia ta została już sprawdzona w ekstremalnych warunkach. Podczas słynnego festiwalu Glastonbury w Wielkiej Brytanii testowano system „Pee Power”. To toalety zasilane energią z moczu. System ten nie tylko przetwarzał ścieki, ale generował prąd do oświetlenia kabin. Podobne rozwiązania działają już w Ugandzie, Kenii i RPA.
Przeszkody na drodze do rewolucji
Skoro jest tak dobrze, to dlaczego bakteryjne ogniwa nie są jeszcze w każdym domu? Naukowcy wskazują na dwa główne hamulce: prawo i inżynierię. Obecne przepisy często blokują gospodarkę obiegu zamkniętego.
– Obecnie jesteśmy na etapie, w którym technologie te są technicznie wykonalne. Kolejnym krokiem jest zapewnienie ich konkurencyjności ekonomicznej w stosunku do tradycyjnych metod oczyszczania – powiedział dr Deepak Pant z Flamandzkiego Instytutu Badań Technologicznych (VITO) w Belgii.
Przykładowo, w wielu krajach prawo zabrania używania nawozów pochodzących z ludzkiego moczu do uprawy roślin jadalnych.
Drugim wyzwaniem jest trwałość materiałów. Bakterie muszą pracować stabilnie przez lata, a urządzenia muszą być tanie w budowie. Mimo to badacze są optymistami. Twierdzą, że jesteśmy już na etapie budowania odpowiednich systemów.
Źródło: Frontiers in Science
Nasz autor
Szymon Zdziebłowski
Dziennikarz naukowy i podróżniczy, z wykształcenia archeolog śródziemnomorski. Przez wiele lat był związany z Serwisem Nauka w Polsce PAP. Opublikował m.in. dwa przewodniki turystyczne po Egipcie, a ostatnio – popularnonaukową książkę „Wielka Piramida. Tajemnice cudu starożytności” o największej egipskiej piramidzie. Miłośnik niewielkich, lokalnych muzeów. Uwielbia długie trasy rowerowe, szczególnie te prowadzące wzdłuż rzek. Lubi poznawać nieznane zakamarki Niemiec, zarówno na dwóch kółkach, jak i w czasie górskiego trekkingu.