استخدام البكتيريا في خلايا الوقود لرفع الكفاءة
في دراسة جديدة نشرت مؤخرا في مجلة Science أكدت أن استخدام البكتيريا الطبيعية لاستخراج الإلكترونات من المواد العضوية في مياه الصرف الصحي له دور كبير في تطوير خلايا الوقود الميكروبية.
من المعروف أن تجمعات البكتيريا يمكن أن تساعد في تطهير المياه الجوفية عن طريق تكسير المركبات الكيميائية الضارة. ولكن هذا البحث يظهر أيضًا طريقة جديدة لتسخير هذه العملية في تطوير خلايا الوقود وتعزيز امكانية استخدامها كطاقة متجددة.
أشار الباحثون من من جامعة كاليفورنيا – لوس أنجلوس في البحث الذي تم نشره أنه تم استخدام بكتيريا – شيوانيلا (Shewanella) والتي تنمو وتزدهر في جميع أنواع البيئات – بما في ذلك التربة ومياه الصرف الصحي ومياه البحر – بغض النظر عن مستويات الأكسجين الموجودة. ويتميز هذا النوع من البكتيريا بالقيام بشكل طبيعي بتقسيم النفايات العضوية إلى جزيئات أصغر ، حيث تكون الإلكترونات نتيجة ثانوية لعملية التمثيل الغذائي. عندما تنمو البكتيريا كأغشية على الأقطاب الكهربائية ، يمكن التقاط بعض الإلكترونات وتشكيل خلية وقود ميكروبية تنتج الكهرباء.
ولكن المشكلة الكبرى في خلايا الوقود الميكروبية التي تعمل بواسطة Shewanella oneidensis هو عدم مقدرتها على التقاط تيارات كافية من البكتيريا الأمر الذي يجعل هذه التكنولوجيا غير عملية للاستخدام الصناعي. و لمعالجة هذه المشكلة ، أضاف الباحثون جزيئات الفضة النانوية إلى أقطاب كهربائية تتكون من نوع من أكسيد الجرافين. حيث تطلق الجسيمات النانوية أيونات الفضة ، والتي تختزلها البكتيريا إلى جزيئات الفضة النانوية باستخدام الإلكترونات المتولدة من عملية التمثيل الغذائي الخاصة بها ثم تندمج في خلاياها. و بمجرد دخولها البكتيريا ، تعمل جزيئات الفضة بمثابة أسلاك نقل مجهرية حيث تلتقط المزيد من الإلكترونات التي تنتجها البكتيريا.
ويعد إضافة جزيئات الفضة النانوية إلى البكتيريا يشبه إنشاء ممر سريع مخصص للإلكترونات مما مكن الباحثين من استخراج المزيد من الإلكترونات وبسرعات أسرع. مع كفاءة نقل الإلكترون المحسّنة بشكل كبير. حيث ينتج فيلم بكتيريا- شيوانيلا- Shewanella الناتج عن غشاء الفضة أكثر من 80 ٪ من إلكترونات التمثيل الغذائي إلى الدائرة الخارجية بينما يولد طاقة قدرها 0.66 مللي وات لكل سنتيمتر مربع. وهذا مايعد أكثر بكثير من الكفاءة والقدرة التي حققتها أفضل خلايا الوقود السابقة و القائمة على الميكروبات.
مع زيادة الكفاءات الحالية والمحسّنة ، أظهر البحث أن خلايا الوقود المدعومة بالبكتيريا الهجينة من الفضة-وبكتيريتا شيوانيلا قد تمهد الطريق لإنتاج طاقة كافية في الإعدادات العملية ودخولها مجال الصناعة.
فياترى هل ستكون هذه الخطوة هي الأولى لتطوير هذا النوع من الخلايا وتوسيع استخدامها لانتاج الطاقة الكهربائية من مصدر متجدد في منافذ الصرف الصحي؟
رابط البحث العلمي للمطالعة
