Elektřina z rostlin?

Před časem jsme psali o mikrobiálních palivových článcích (tzv. MFC), které se svou účinností pomalu blíží klasickým monočlánkovým bateriím. Mikroorganismy v těchto „živých“ bateriích rozkládají organické látky a tím produkují elektrický proud. Jsou však na to sami. Mohl by jim někdo při tvorbě elektrické energie pomoci? Nový výzkum ukazuje, že pomocníky by mohly být rostliny. Právě ony jsou nejčastějšími partnery řady mikroorganismů, kteří žijí ve vzájemné symbióze s jejich kořenovým systémem. Na spolupráci rostlina-mikroorganismus je založen výzkum doktorky Marjolein Helder z Univerzity ve Wageningen v Holandsku. Již několik let vyvíjí a testuje rostlinný-mikrobiální palivový článek (tzv. Plant-Microbial Fuel Cell, PMFC). Technologie již funguje v malém měřítku a v brzké době se např. plánuje rozmístění těchto „baterií“ do rozlehlých mokřadů po celém světě.

Celý systém funguje na velice jednoduchém principu. Rostliny fixují oxid uhličitý, který přebudují mimo jiné do jednoduchých organických látek. Ty pak vylučují skrze svůj kořenový systém do okolní půdy. Těmito tzv. rostlinnými exudáty se pak živí půdní mikroorganismy, kteří při jejich rozkladu uvolňují elektrony. Doktorka Helderová přišla s kolegy na jednoduchý způsob, jak tyto elektrony využít pro tvorbu elektrické energie. Umístila k bakteriím elektrodu/anodu, která uvolněné elektrony zachycuje a po propojení s katodou generuje elektrický proud (Obr. 1).

Obr. 1: Schéma rostlinného-mikrobiálního palivového článku (PMFC). Elektrony produkované mikroorganismy při rozkladu rostlinných exudátů jsou zachycovány anodou a po propojení s katodou se generuje elektrický proud.

PMFC dokáže v současné době vygenerovat 0.4 wattu na čtverečný metr travního porostu. To je více, než se získá při fermentaci biomasy. Do budoucna se předpokládá, že účinnost vyprodukované bio-elektřiny z rostlin by mohla dosáhnout až 2.6 wattu. To by např. znamenalo, že střecha o rozloze 100m² pokrytá PMFC by dokázala zásobovat bio-elektřinou rodinný dům s průměrnou roční spotřebou 2800 kWh/rok. Na konstrukci PMFC lze využít řadu rostlinných druhů od trav jako je chrastice až po v teplejších oblastech hojně pěstovanou rýži.

PMFC mohou být využity v různém měřítku. Ideální se jeví aplikace PMFC na střechy domů, kde je dostatek slunečního záření. Tento typ PMFC by mohl nalézt využití jak v rozvinutých tak i v rozvojových zemích. „Ve větším měřítku se jako perspektivní jeví instalace PMFC do rozsáhlých mokřadů, které se nacházejí po celé planetě. Myslím, že během několika let by mohla být elektřina produkovaná ze střešního PMFC běžnou praxí a produkce bioelektřiny na větším měřítku by se mohla rozběhnout na sklonku roku 2015“, říká optimisticky doktorka Helderová, která za tímto účelem založila s kolegy firmu Plant-e. I když je tato technologie velmi slibná, stále zbývá dořešit řadu důležitých věcí. Bude např. nutné vybalancovat produkci elektrické energie a spotřebu rostlinných exudátů. Pokud se totiž anoda umístí do optimální pozice do blízkosti kořenového systému, dojde sice k vysokému nárůstu elektrického proudu, ale zároveň se rychle vyčerpá potrava pro mikroorganismy ve formě rostlinných exudátů. Tento náhlý pokles může činit až 70%. „I přes to je současná kapacita PMFC konkurenceschopná a v rozvojových zemích tak např. otevírá alternativu k solárním elektrárnám,“ dodává doktorka Helderová.

Zdá se tedy, že by PMFC mohly být ekonomicky životaschopné a zároveň šetrné k životnímu prostředí. Nehyzdí krajinu jako obří větrné elektrárny nebo hektary solárních panelů a neovlivňují ráz krajiny jako přehradní nádrže. V neposlední řadě také nebudou zabírat zemědělskou půdu na úkor pěstování plodin určeným pro obživu nebo biopaliva.

Princip PMFC byl objeven a patentován již v roce 2007. David Strik, spolupracovník doktorky Helderové ve firmě Plant-e, již tehdy započal s prvními testy nové technologie. V současné době se rozbíhají větší projekty financované EU jako je projekt PlantPower.

Projekt vypadá velice slibně a do budoucna má určitě zelenou. Uvidíme, zda za pár let budeme vídat rodinné domky porostlé zeleným travním kobercem a plně energeticky soběstačné.

Autor: Ing. Jiří Bárta, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121123092129.htm

Helder, M. , Wei-Shan, C. , Harst, E. van der , Strik, D. , Hamelers, H.V.M. , Buisman, C.J.N. , Potting, J. (2013). Electricity production with living plants on a green roof: Environmental performance of the Plant-Microbial Fuel Cell, Biofuels Bioproducts and Biorefining 7:52 - 64.

http://www.plantpower.eu/

http://www.plant-e.com/