Электричество получат из урины

Сходил в туалет - внес вклад в энергосистему города. Это заявление не шутка, а очень вероятное будущее любого цивилизованного человека. Ученые из университета Западной Англии уже придумали, как получать электричество из того, что мы привыкли смывать в унитаз. Новая технология обещает хороший бизнес на практически дармовом сырье.

Фото: Global Look

Идея извлекать энергию из отходов жизнедеятельности не нова. Но прежде в качестве основного сырья рассматривали навоз с животноводческих ферм. Бактерии, находящиеся в навозе, вырабатывают биогаз, который сжигают для получения тепла и света.

Но в университете Западной Англии испытывали жгучий научный интерес именно к человеческой урине, поэтому начали экспериментировать с ней еще несколько лет назад. Сначала там придумали носки, которые вырабатывают электричество из мочи. Они вмещали объем мочевого пузыря обычного человека. При ходьбе собранная в носках моча циркулирует сквозь гибкие микробные топливные элементы, в которых микроорганизмы поглощают нутриенты мочи и вырабатывают электричество.

Правда, электричества поначалу хватало только для того, чтобы через беспроводные датчики отправить сообщение: "Первый в мире носимый микробный топливный элемент". Но научная группа, работавшая над этим элементом, уже  и такому результату была рада. Настолько рада, что вдохновилась на новые достижения с участием всё той же жидкости. Свой проект они назвали "урина-тричество", то есть электричество из урины.

В 2013 г. проект "урина-тричество" получил грант благотворительного фонда Билла и Мелинды Гейтс. Полученные средства помогли разработчикам заметно продвинутся вперед. Их носки с мочой уже могли вырабатывать достаточно энергии, чтобы зарядить смартфон. Хорошее решение для мест, где не найти ни розеток, ни общественных туалетов. Главное - предусмотреть возможность заправки зарядного устройства прямо на ходу.

Если подробнее остановится на технологии, то преобразование выделяемой почками биологической жидкости в электрическую энергию происходит благодаря так называемым каскадным микробным топливным ячейкам, в оригинале - microbial fuel cells (MFC).  Каждая ячейка состоит из катодной и анодной камер, разделенных мембраной. В анодной камере бактерии в ходе своей жизнедеятельности расщепляют органические соединения в моче. В результате получаются оксид углерода, электроны и протоны. Электроны отправляются к катоду по электрическим цепям. Там они, соединяясь с протонами, образуют водород. А тот, в свою очередь, соединяясь с кислородом, образует воду и электрическую энергию. Этот двойной результат, привел ученых  к новой идее для развития проекта "урина-тричество": что, если не зацикливаться на  сомнительного удобства девайсах, а перейти к широкомасштабной выработке электричества в процессе очистки канализационных стоков от урины?

Начали с того, что создали опытный биотуалет, внутреннее освещение в котором обеспечивалось за счет попадающей в него мочи. Прототип инновационного отхожего места ученые установили в своем  родном университете Западной Англии, рядом со студенческим союзом адвокатов и лабораторией робототехники, где, собственно, и была создана эта инновация. Студенты и преподаватели университета, справляя там естественные надобности, участвовали таким образом в испытаниях. И, надо сказать, прототип эти испытания с честью выдержал: проблем со светом у его посетителей не было.

Авторы разработки во главе с профессором Ионаннисом Иеропулосом предложили использовать такие туалеты в лагерях беженцев, где сейчас в отхожие места ходить небезопасно во многом по причине отсутствия там освещения. А ведь эта технология, не забудьте, еще и воду получать позволяет. Если лагерь разбит в засушливом месте, эта вода может быть использована в технических целях, чтобы сэкономить драгоценную питьевую воду.

Фото: opscience.iop.org

Теперь Иеропулос и его команда ищет способ внедрить свою технологию на городских очистных сооружениях. Для этого проверяют, насколько хорошо с ее помощью можно отфильтровывать патогенные микроорганизмы. Тесты проводят таким образом: в мочу специально добавляют болезнетворные бактерии и прогоняют ее через  MFC. А на выходе сравнивают наличие этих бактерий в получившейся воде с предельно допустимыми значениями. Например, такой эксперимент с бактерией Salmonella enteretidis прошел успешно.  

Профессор Иеропулос уверен, что рано или поздно коммунальные службы и компании, занимающиеся обслуживанием канализации и очистных сооружений, заинтересуются новой технологией. И для этой уверенности у него есть как минимум три причины. Во-первых, упомянутые организации находятся под постоянным давлением экологического контроля, регулярно увеличивающего требования к качеству очищенной воды. Во-вторых, очистка воды требует больших энергозатрат. И в-третьих, химикаты, которыми очищают канализационные стоки, часто попадают под запрет, поскольку они оказываются не менее вредными, чем микробы, от которых они очищают воду. А технология  каскадных микробных топливных ячеек если не избавляет от всех трех проблем, то, по крайней мере значительно их уменьшает. У нее и качество очистки высокое, и энергию она не забирает, а дает, и никакой химии в процессе очистки не требуется.

Возможно, удачным маркетинговым ходом для раскрутки новой технологии будет раздача топ-менеджерам коммунальных служб подарочных MFC-носков с функцией подзаряда смартфона.