Hlavní strana Autorské články a zajímavosti ze světa biotechnologií Producenti elektřiny z atmosféry

Producenti elektřiny z atmosféry

Datum: 16.4.2012

Bakterie jsou prostě úžasné. Dovedou metabolizovat skoro každou látku, osídlit skoro všechna myslitelná prostředí a také vytvářet velice zajímavé věci. Pokud se s těmi správnými bakteriemi naučíme rozumě spolupracovat, mohlo by to být pro nás velmi prospěšné. Bakterie mohou vyrábět ceněné a obtížně dostupné molekuly, důvtipně čistit zamořené prostředí anebo třeba vyrábět elektřinu. Asi ne každý by to do těchto titěrných buněk řekl, ale některé bakterie nám mohou poskytnout i využitelný elektrický proud.

Právě elektrický proud se snaží z bakterií vytěžit Grant Burgess z Newcastle University a jeho spolupracovníci, kteří nedávno testovali použitelnost různých bakterií pro tento účel. Badatelé nejprve izolovali 74 různých kmenů od 20 druhů bakterií v deltě severoanglické řeky Wear, protékající z větší části hrabstvím Durham, a pak postupně zkoušeli jejich schopnost vyrábět elektřinu v bakteriálních palivových článcích (MFC, Microbial Fuel Cell). Každý takový palivový článek je vlastně bio-elektrochemický systém, který poskytuje elektrický proud napodobováním „přírodního" života některých bakterií. Nakonec vybrali 25 nejšikovnějších z izolovaných kmenů bakterií a namíchali umělý biofilm, který umí vyrobit 200 Wattů na metr krychlový. To není nijak závratně mnoho, ale například pro improvizované elektrické osvětlení v temných koutech světa bez blahodárné elektřiny by to jistě stačilo.

A které že bakterie se předvedly jako nejlepší mikroelektrárny? Odborníky zaujal například Bacillus stratosphericus ze skupiny Firmicutes, který obvykle obývá atmosféru ve výšce kolem 30 kilometrů. Odtud se cestováním v atmosférickém proudění dostal až do koryta řeky Wear, kde ho pak tak trochu překvapivě našli Burgess a spol. Kromě tohoto bacila ze stratosféry se v elektrickém lektvaru uplatnil třeba ještě další obyvatel nebeských výšek Bacillus altitudinis a dosud nepopsaná bakterie z linie Bacteroidetes. Autoři si pochvalují, že úspěšně demonstrovali sílu podobných, ve skutečnosti nikterak náročných postupů. Vlastně jenom namíchali bakteriální biofilm netradičního složení, který se ukázal jako velmi schopný při výrobě elektřiny. Přesto jde o pozoruhodnou pionýrskou práci, protože tohle podle všeho ještě nikdo nepublikoval. A je to samozřejmě jenom začátek, podobným způsobem bude jistě možné namíchat ještě účinnější směsi, nemluvě o tom, že jednotlivé zúčastněné elektrické bakterie eventuelně ještě můžeme rafinovaně geneticky vylepšit.

Samotný koncept výroby elektřiny bakteriemi není nikterak nový, počítá se s ním třeba při bakteriálním čištění odpadních vod a splašků. Další možností jsou právě bakteriální palivové články, které fungují podobně, jako klasické baterie. Bakterie v těchto článcích vyrábějí elektřinu z organických sloučenin biokatalytickou oxidací. Jejich uhlíkaté elektrody jsou porostlé slizkým biofilmem, jehož pasoucí se bakterie vypouštějí elektrony a ty pak putují do elektrod jako elektrický proud. Až doposud odborníci nechávali růst biofilmy v bakteriálních palivových článcích jako dříví v lese, teď se ale přesvědčivě ukázalo, že úprava složení bakteriálního biofilmu může významně zvýšit produkci elektřiny.

Určitě není náhoda, že se hrátky s druhovým složením biofilmu v bakteriálních palivových článcích odehrávají právě na Newcastle University. Tahle univerzita je poslední dobou vnímaná jako lídr ve výzkumu technologií palivových článků. Před dvěma lety další místní tým vedený Keithem Scottem sehrál klíčovou roli ve vývoji Li-air, čili lithium-vzduchových baterií,v nichž vzniká elektrický proud souhrou oxidace lithia na anodě a redukce kyslíku na katodě.

Elektrický proud vyrábějí mimo jiné i intenzivně studované deltaproteobakterie rodu Geobacter. Například populace G. metallireducens a G. sulfurreducens úzce spolupracují při metabolizování směsi etanolu s fumarátem sodným. Jednotlivé bakterie jsou při tom spojené nanovlákny a posílají si elektrony. Vzhledem k tomu by možná mohly fungovat jako maličké přírodní baterie poháněné biomasou, dejme tomu kompostem. Geobaktery jsou také velmi inspirativní pro vývoj nových nanotechnologií. Mikrobiální nanovlákna by se mohla prosadit v některých elektronických aplikacích, například v roli mikroskopické rozvodné sítě.

Představa zužitkování mikrobiální elektřiny je rozhodně vzrušující. Třeba se v dohledné době dočkáme biologického řešení spotřeby energie domácnostmi, což by vůbec nebylo špatné. Je to pro nás určitě přijatelnější, než třeba onen strašidelný model výroby elektřiny z lidských těl, jak ho známe z trilogie Matrix.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka PhD.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.