Czy bakterie wyprodukują nam prąd i paliwo?
Bakterie kojarzą się nam zdecydowanie źle: wywołują choroby, niszczą rośliny, psują żywność. Trudno je lubić! Ale dobrze użyte bakterie mogą być przydatne. Nie mówię tu o ich ogólnie znanych zastosowaniach w przemyśle spożywczym (procesy fermentacji wywoływane są przez bakterie, bez nich nie mielibyśmy więc sera ani kiszonej kapusty) - ale o energetyce.
Kurczące się zasoby surowców energetycznych martwią ekonomistów i stanowią wyzwanie dla nauki. Patrzymy z satysfakcją na kręcące się wiatraki, myślimy z nadzieją o energii termojądrowej (pisałem już o obu tych sprawach!) - ale do zbilansowania potrzeb energetycznych ciągle niezbędne są węgiel, ropa i gaz. A ich wciąż ubywa!
Dlatego cieszy wiadomość, że naukowcy z Texan A&M University opracowali nowe źródło elektryczności „napędzane” przez bakterie. Odkryli oni, że bakterie klasy Shewanella są w stanie wytwarzać prąd podczas innego pożytecznego procesu, mianowicie oczyszczania przez nie ścieków komunalnych. Proces realizowany przez bakterie zwany jest katabolizmem i polega na dzieleniu dużych cząsteczek organicznych na mniejsze. Wytwarzana przy tym energia podtrzymuje życie bakterii, ale dodatkowo powoduje wytwarzanie prądu w takiej ilości, że mówi się już o bateriach bazujących na tych bakteriach. Tworzy się taką baterię umieszczając na złotej anodzie tak zwany biofilm (gęste skupisko bakterii), zaś drugim biegunem baterii (katodą) jest płyn, z którego bakterie czerpią „zjadane” związki chemiczne. Prąd czerpany z takiej baterii jest niewielki, ale można go czerpać długo i praktycznie za darmo, a dodatkową korzyścią jest oczyszczanie ścieków.
Z kolei Japończycy (z firmy Asahi Kasei Corporation) odkryli, że niebezpieczne bakterie błękitne (Cyanobacteria) po odpowiednich modyfikacjach genetycznych są w stanie realizować proces fotosyntezy (podobnie jak rośliny), zamieniając energię światła słonecznego i występujący w atmosferze (szkodliwy!) CO2 na związek chemiczny zwany butanediolem, który z kolei daje się przekształcać w węglowodory podobne do występujących w benzynie czy ropie naftowej. Wadą tej technologii jest niska wydajność - bakteryjna biomasa zamienia w paliwo energetyczne jedynie 1% energii światła, podczas gdy krzemowe ogniwa słoneczne są w stanie zamieniać jej 18%.
Ale naukowcy z Harvard University (USA) ulepszyli japoński wynalazek stosując inną bakterię, o nazwie Ralstonia eutropha. Kolonie tych bakterii (także zmodyfikowanych genetycznie) są umieszczone w przezroczystych kapsułkach wewnątrz ogniwa paliwowego. Po wystawieniu ich na słońce i zasileniu CO2 bakterie te produkują paliwo (izopropanol), a elektrody ogniwa wykorzystują to paliwo, wytwarzając energię elektryczną. Sprawność nadal nie jest rewelacyjna (3,2%), ale naukowcy sądzą, że uda się ją zwiększyć!