Ученые придумали новый способ получить пользу от энергии Солнца. Они использовали микробные биобатареи, чтобы эффективно подключить солнечные батареи к электрическим транспортным средствам. Это может значительно повлиять на стоимость инфраструктуры электромобилей и сделать батареи бесконечно обновляемыми.
В будущем преимущество молекул над электронами будет более значительным, потому что они дают возможность хранить больше энергии с меньшим весом, чем традиционные электрические системы батарей.
Когда дело доходит до поездки, то чем дальше она, тем большая стоимость транспортировки энергии. Электрические батареи действительно очень тяжелые. Причем требуется большое количество времени, чтобы перезарядить батарею заново. Именно поэтому для больших морских кораблей, грузовиков и авиации всегда в фаворе было только ископаемое или биотопливо. Вот почему электрические двигатели отлично подходят лишь для муниципального транспорта и транспорта малой грузоподъемности.
Поэтому исследователи усиленно работают над созданием новой гибридной технологии, которая будет использовать электроэнергию из возобновляемых источников для создания стабильного топлива, которое может храниться более эффективно, или использовать плотный органический материал для генерации возобновляемой электроэнергии для питания электродвигателя.
В то же время, подзарядка электрической батареи будет длиться несколько секунд, а не часы.
Есть уже более десятка технологий, где применяются микробные топливные элементы, микробные клетки электролиза, микробные клетки метаногенеза, микробный обратный электродиализ электролизеры и микробные клетки-опреснители.
На основе микробных топливных элементов за последние несколько лет были сделаны два фундаментальные прорыва.
Ученые обнаружили, что могут непосредственно использовать сточные воды или любой биоразлагаемый материал для производства электроэнергии, и при этом нет необходимости в специальных химических реагентах.
В то же время в университете штата Массачусетс было обнаружено, что «некоторые микроорганизмы могут питаться электричеством. Микроорганизмы живут на поверхности электродов, потребляя электроны выпущенные с электродом в качестве источника энергии. Микроорганизмы используют углекислый газ точно так же, что люди используют кислород. Микроорганизмы «дышат» в двуокиси углерода и преобразовывают его в органические соединения, которые потом «выдыхают».
— Когда бактерии находятся в анодной камере специально разработанного топливного элемента, свободного от кислорода, они прикрепляются к электроду. Потому что у них нет кислорода, они должны передавать электроны, которые получают от потребления (окисления) их еды куда-то еще, и потому передают их электроду. Далее в микробном топливном элементе эти электроны переходят к аноду, в то время как противоположный электроды (катоды) контактируют с кислородом. На катоде электроны, кислород и протоны в совокупности образуют только воду. Эти два электрода находятся на разных потенциалах (около 0,5 В), создавая биобатареи (если система была разряжена) или топливный элемент (если постоянно подкармливать бактерии), — говорят ученые.
Что самое важное – можно превращать солнечную энергию в стабильное топливо, используя микробный электросинтез. Бактерии могут производить уксусную кислоту, этанол, бутанол или бутандиол. Это топливо может параллельно храниться — а это то, чего не могут современные солнечной технологии без дорогостоящих аккумуляторных батарей или схем хранения энергии.
Благодаря микробам можно очистить сточные воды, а затем использовать микробный топливный элемент для производства электроэнергии. К тому же, совершенно не сложно создавать благодаря бактериям даже водород.
Также микробные топливные элементы можно установить в электрокаре, что позволит ездить на солнечной энергии. Таким образом можно воспользоваться давно доступными электрическими технологиями двигателя, но преодолеть ограничения традиционных батарей и проблемы долгой повторной зарядки.
Тем временем команда исследователей во главе с Элизабет Гейдрих из университета Ньюкасла в Англии завершила 12-месячные опытно-промышленные испытания 100-литровой микробной установки электролиза, которая «производит в среднем 0,6 литров водорода в день. Производство газа была непрерывным, хотя со временем уменьшилось. В среднем 48,7% потребленной электрической энергии было восстановлено с кулоновской эффективностью 41,2%».
Как отметила исследовательская группа, их «эксперимент установил, что биологический процесс в микробных клетках электролиза будет работать даже при низких температурах с реальными сточными водами на протяжении длительных периодов. Тестирование продемонстрировало надежность и долговечность биоэлектрохимических систем».
В будущем вполне можно было бы заменить электрические батареи на более эффективные, легкие и удобные биобатареи.
В практическом смысле, лучшее место для производства солнечного топлива находится непосредственно рядом с источником солнечной электроэнергии. После производства топлива появляется вопрос о его доставке – и ее можно осуществлять через любое количество инфраструктур без необходимости строить электролинии или станции повторной заправки. Сразу после помещения в транспортное средство, микробный топливный элемент начинает преобразовывать топливо в электроэнергию, питания электродвигатель.
К примеру, есть бактерии, которые вырабатывают топливо с помощью фотосинтеза. Они не столь эффективные, как солнечные батареи, но технология стоит гораздо дешевле. Такое топливо, к примеру, продает американская компания Joule and Algenol. Им удалось добиться производства разных видов напрямую от Солнца и удалить большую часть систем-посредников, что позволяет их горючему конкурировать даже с нефтью по цене в 50 долларов.
Есть топливные элементы и с прямым производством этанола, и транспортное средство, использующие раннюю версию этой технологии, принимало участие в соревнованиях Shell Eco-marahon во Франции в 2007 году.
К сожалению, данная технология находится лишь на начальной стадии, но реальный прогресс не стоит на месте. Если удастся добиться полной технической готовности, то глобальная революция всех видов транспорта начнется уже в 21 или 22 веке. А учитывая, что можно заправляться на месте, эта технология решает самые насущные проблемы электромобилей.