Bakterie krmené stříbrem vylepšují mikrobiální palivové články  
Mikrobiální palivové články představují slibnou, ale prakticky doposud nepříliš úspěšnou technologii. Jejich výkon podstatně zvýší, když jsou bakterie v těchto článcích krmené nanočásticemi stříbra. Bakterie si je zabudují do těla, čímž se z nich stanou mikroskopické generátory elektrického proudu.
Nanočástice stříbra ve shewanelle. Kredit: AKang, Sphere Studio / Yu Huang and Xiangfeng Duan.
Nanočástice stříbra ve shewanelle. Kredit: AKang, Sphere Studio / Yu Huang and Xiangfeng Duan.

Mikrobiální palivové články představují slibnou technologii pro pokročilou energetiku. Alespoň teoreticky. Dosavadní modely jsou totiž, mírně řečeno, nepříliš efektivní. Odborníci americké University of California, Los Angeles (UCLA) nalezli způsob, jak mikrobiální palivové články podstatně vylepšit. Nakrmili jejich bakteriální obyvatele nanočásticemi stříbra, čímž se bakterie staly více elektricky vodivými.

 

Xiangfeng Duan. Kredit: UCLA.
Xiangfeng Duan.
Kredit: UCLA.

Některé bakterie produkují díky svému metabolismu volné elektrony. Mikrobiální palivové články toho využívají a vytvářejí elektrický proud. Postačí nechat bakterie růst v biofilmech na elektrodách takových článků, dávat jim organickou hmotu a bakterie dělají elektřinu a ještě jako bonus čistí vodu. V reálném světě je ovšem výkon takových palivových článků řekněme nepříliš přesvědčivý.

 

Shewanella oneidensis. Kredit: NASA.
Shewanella oneidensis. Kredit: NASA.

Tým UCLA se to rozhodl změnit. Použili oblíbenou gamaproteobakterii Shewanella oneidensis, která umí redukovat ionty kovů a zvládá prostředí s kyslíkem i bez kyslíku. Patří mezi slibné kandidáty pro mikrobiální palivové články. V jejím případě představuje zásadní omezení propustnost buněčné membrány pro elektrony, které se jen obtížně dostávají skrz.

 

Xiangfeng Duan a jeho kolegové to vyřešili implantováním vodivých nanočástic dovnitř shewanell. Nechali je růst na elektrodách z oxidu grafenu, obohacených ionty stříbra. Bakterie, jak je jejich zvykem, ionty stříbra redukovaly a zabudovaly je do sebe. Tím se zvýšila jejich elektrická vodivost a také propustnost buněčné membrány pro elektrony.

 

Jak uvádí Duan, nakrmit shewanelly nanočásticemi stříbra je jako postavit v nich rychlodráhy pro elektrony. Díky tomu shewanelly vyrobí pro mikrobiální palivový článek více elektronů a větší rychlostí. Podle badatelů shewanelly krmené stříbrem v mikrobiálním palivovém článku generují 0,66 miliwattu na čtvereční centimetr elektrody. To je s přehledem doposud nejvyšší hodnota u mikrobiálních palivových článků. Je to průlom, který by mohl umožnit praktické využití a rozšíření mikrobiálních palivových článků.

 

Literatura

New Atlas 16. 9. 2021.

Science 373: 1336–1340.

Datum: 19.09.2021
Tisk článku

Související články:

Bakterie jako továrna na nanotrubičky     Autor: Stanislav Mihulka (11.12.2007)
Bakteriální nanokyborgové porážejí přírodní fotosyntézu     Autor: Stanislav Mihulka (23.08.2017)
Vědci použili virus, aby zrychlili počítače     Autor: Stanislav Mihulka (06.12.2018)



Diskuze:

Návrh

Vladimír Bzdušek,2021-09-20 19:24:54

Francúzska Akadémia tuším už v 19. storočí prestala prijímať návrhy ohľadne perpetua mobile.
OSEL by zase mohol teraz prestať prijímať zázračné články, akumulátory, etc. Zázračnosť treba najprv explicitne preukázať, napr. kúpou z čínskeho e-shopu.

Odpovědět

Geniální

Josef Šoltes,2021-09-20 11:58:17

Tohle je geniální, ještě to zkřížit s nějakou běžnou jinou bakterií a zajistit jí tím odolnost proti stříbru a budeme mít čistou energii na světě bez člověka.

Odpovědět

oné

Jan Mrkvicka,2021-09-20 09:49:08

Matrix tento smer dotiahol do dokonalosti.

Odpovědět

Zde bych chtěl poděkovat autorovi,

František Kalva,2021-09-20 09:32:33

že jednotky výkonu precizně popisuje. Mám totiž výrazné podezření že Zelení Khmerové nerozlišují v jednotkách malá a velká písmena, po vzoru internetu, a neorientují se v rozdílu mezi mW a MW, v důsledku čehož stále horují pro elektromobilitu, přestože už teď je jasné, letošní zimu si užijeme v celé šíři, protože nejspíš nebude energie ani na topení a vaření, ovšem uhlí je už skoro stejně fuj, jako jádro.

Odpovědět


Re: Zde bych chtěl poděkovat autorovi,

Václav Dvořák,2021-09-20 15:57:07

Uhlí je daleko víc fuj než jádro... jen to zatím těm "Zeleným Khmerům" nedocvaklo... Halt není to ta nejinteligentnější rasa na této planetě i okolí, i když oni si to o sobě nepochybně myslí :-)))

Odpovědět

Je to možná průlom, ale...

Jiří Pospíšil,2021-09-20 04:54:56

"Podle badatelů shewanelly krmené stříbrem v mikrobiálním palivovém článku generují 0,66 miliwattu na čtvereční centimetr elektrody."
Tedy elektroda o rozměru metru čtverečního generuje šokujících 6,6 W. Stačí z ní udělat proužek široký 6 cm a odpovídaj8ící druhý proužek druhé elektrody, zajistit všude stejný a pravidelný přísun živin a odsun metabolitů, tedy zajistit průtok správné vody, svinout to do tělíčka 18 milimetrů a máte výkon běžné litiovky 18650. S tím už ohřejete docela slušnou třeba slabší elektronickou cigaretu nebo když budete mít deset metrů čtverečních, tak pohánět dnes běžný procesor stolního počítače. Na celý počítač to bude jen trochu násobně víc. Čtyřicet metrů čtverečních už může být pohonem elektrokola s přívěsným vozem na tento palivový článek. Na domek nebo elektroauto to ani počítat nebudu. Nakonec, když přidáte baterie, tak to může nabíjet i v době, kdy auto nejede a lidi spí anebo jsou v práci. Většinu času auto i domek stojí, tak co?
Ale po tomto průlomu už je to jen problém pro techniky. Časem to jistě bude výkonnější, postupně.
Nakonec to může mít zcela jiný tvar a rozměry, že ano. Pokrok se zastavit nedá. To by v tom byl čert, aby se nedostali třeba až na miliwatt. Už se těším na distribuci krmící vody a odběr té vody čisté. Škoda, že nebyly uvedeny parametry a spotřeba obou vod. CO2, ten hrozný plyn, co provází kdejaký metabolismus, z toho určitě nepůjde.

Odpovědět


Re: Je to možná průlom, ale...

D. Hruška,2021-09-20 07:54:45

Já bych tu technologii nepodceňoval. Je totiž hloupá a nepraktická, takže se určitě ujme.

Životnost vytuněných bakterií?

Odpovědět


Re: Re: Je to možná průlom, ale...

D. Hruška,2021-09-20 08:06:01

...jsem se uklikl a odeslal předčasně. Zivotnost vytuněných bakterií? Způsob regenerace nanostříbra (snad to nechtějí pouštět do vyčištěné vody). A čím ty bakterie chtějí krmit? Nebylo by jednodušší bionaftu/bioethanol/bioplyn spálit v pístovém motoru s vnitřním spalováním? Samozřejmě že bylo, a proto se využijí ty bakterie, protože u nich je proces tak složitý, že průměrný ekointelektuál nepochopí, že bioelektrody neřeší fundamentální problém - prvotní zdroj chemické energie.

Jo a mimochodem na pohon jízdního kola se zatím dobře osvědčila bioenergie uvolňovaná pomocí zařízení zvaného musculus quadriceps femoris.

Odpovědět


Re: Je to možná průlom, ale...

Václav Dvořák,2021-09-20 15:59:28

No pozor, já to pochopil tak, že ty bakterie fungují i když nesvítí, stačí aby se nakrmily... představte si louky plné těchto bakterií... :-)))

Odpovědět


Re: Re: Je to možná průlom, ale...

Václav Dvořák,2021-09-20 16:00:14

Ideálně: krávy serou, bakterie se krmí a vám svítí v domě :-)))

Odpovědět


Re: Re: Re: Je to možná průlom, ale...

D. Hruška,2021-09-20 16:17:56

A výhoda proti bioplynové stanici?

Odpovědět


Re: Re: Je to možná průlom, ale...

Jiří Kocurek,2021-09-20 22:52:13

Jestli správně počítám, tak 6,6 W na 1 m^2 ... Není to úplně špatné ale to krmení bakterií je velká neznámá. Aby to nebylo jako ta energeticky soběstačná obec, která spotřebuje bioodpad ze 3 okresů.

Odpovědět


Re: Re: Re: Je to možná průlom, ale...

D. Hruška,2021-09-21 11:57:13

Hlavně je potřeba si uvědomit zásadní rozdíl mezi čistírnou odpadních vod (nebo bioplynkou) a těmi bioelektrodami. Na těch elektrodách musejí být bakterie pevně fixované a potravu jim musíte přinášet až pod nos ve formě roztoku, jinak by se nenažraly. V čistírně/bioplynce se bakterie mohou pohybovat volně v celém objemu, takže za žrádlem si můžou docestovat a neodradí je ani větší cucky potravy (bakterie do cucku prostě "vleze"). Takže představa, že nalijeme bečku bioodpadu k elektrodám, bakterie to sežerou a vyrobí elektřinu, je podle mého názoru dost nereálná. Nejdřív bychom museli nějakým procesem bioodpad kompletně hydrolyzovat, aby ho mohly bakterie na elektrodách vůbec žrát. A je otázka, proč to dělat složitě, když technologie anaerobní i aerobní fermentace je dobře zvládnutá a levná.

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace