Современная энергетика в качестве топлива использует газ, нефть, уголь, торф и другие ископаемые. Зарубежные исследователи посчитали, что уже через 80 лет все углеводородные источники будут исчерпаны. Кроме того, сжигание такого топлива приводит к негативным изменениям на всей планете: повышению температуры, загрязнению окружающей среды и сточных вод.
Чтобы снизить экологический прессинг на планету, человечеству необходимо внедрять технологии по использованию альтернативных источников энергии. К их числу относят солнце, ветер, биомассу, энергию из глубинных слоев земли и многое другое. «Микробный топливный элемент» может стать одним из них.
— Это биотехнологическое устройство, которое преобразует энергию органических веществ в электрическую с помощью микробов. Природные микроорганизмы находятся внутри микробного топливного элемента, перерабатывают органику и превращают ее в маломощное электричество, — объясняет Никита Волченко, кандидат биологических наук, доцент кафедры генетики, микробиологии и биохимии биологического факультета КубГУ.
Несмотря на то, что такие устройства дают маленькую мощность электричества, у них есть важное свойство - для их работы необходима только почва или донные осадки. А микробы, которые там обитают, могут вырабатывать электрический ток практически бесконечно.
Чаще всего такие устройства используют для биологической доочистки сточных вод и производства из них электроэнергии. Так, степень очищения сточных вод с помощью биотопливных элементов может достигать 86%.
В КубГУ еще в 2013 году началась разработка систем по выработке электроэнергии с помощью микробов. С того момента команда запатентовала несколько устройств.
Университет стал лидером в стране по технологиям донных (бентосных) элементов. Это устройства, которые погружаются на дно водоема и перерабатывают органические вещества, находящиеся в иловых остатках, в электрическую энергию. Так, несколько лет назад они были установлены в озере Карасун.
Помимо этого, совместно с КубГУ и «Национальным научным центром морской биологии» Дальневосточного отделения Российской академии наук (ННЦМБ ДВО РАН) кубанские ученые изготовили единственные в России приборы для оценки состояния окружающей среды придонной зоны Японского моря.
— На данный момент микробные топливные элементы используются преимущественно в исследовательских целях. На практике они могут стать маломощными источниками энергии для небольших устройств, находящиеся далеко от линии энергоснабжения. Например, для датчиков контроля окружающей среды в море или болотах. Также на их основе могут быть созданы новые типы биосенсеров. Если в водоеме появится загрязнение, микробный топливный элемент даст об этом знать, — рассказывает Никита Волченко.
Но микробный топливный элемент предназначен не только для исследования водоемов на Земле. В 2022 году были проведены одни из первых испытаний в России по запуску биотопливного элемента в стратосферу. Команда ЦМИТ «Перспектива» города Курганинска разработала проект запуска кубсатов (малых искусственных спутников) в космос. А учёные КубГУ загрузили в него специально разработанный биотопливный элемент. Исследователи будут наблюдать, как радиация, мороз и низкое давление влияют на технические и биологические объекты.
Но уже сейчас подобные устройства можно использовать и в образовательных целях. Ученые отправляют в школы специальные обучающие наборы. С их помощью учителя могут объяснять детям основы физики, химии и других точных наук.
Микробный топливный элемент можно сделать своими руками. Так, совместно с КубГУ и Университетом ИСТМО был разработан проект гражданской науки «Интернет бактерий». Каждый желающий в домашних условиях может изготовить свой собственный микробный топливный элемент и изучать его работу. А анализ результатов своих исследований просмотреть на сайте.
