منبع انرژی قابل حمل جدید از میکروب ها برای تبدیل برق مستقیم به متان استفاده می کند

به گفته تیمی از مهندسان ایالت پن،یک میکروب کوچک می تواند الکتریسیته بگیرد و مستقیماً دی اکسید کربن و آب را به متان تبدیل کند و یک منبع انرژی قابل حمل با ردپای کربن بالقوه خنثی تولید کند.

بروس ای. لوگان، استاد مهندسی محیط زیست کاپی، گفت: «ما در حال مطالعه ساخت هیدروژن در سلول‌های الکترولیز میکروبی بودیم و این همه متان را دریافت می‌کردیم. "ما اکنون ممکن است بفهمیم چرا."

میکروارگانیسم های متانوژن در باتلاق ها و زباله ها متان تولید می کنند، اما دانشمندان فکر می کردند که این موجودات هیدروژن یا مواد آلی مانند استات را به متان تبدیل کردند.با این حال، محققان در حین تلاش برای تولید هیدروژن در سلول‌های الکترولیز میکروبی، دریافتند که سلول‌های آنها بسیار بیشتر از حد انتظار متان تولید می‌کنند.

"لوگان گفت: "تمام تولید متان در طبیعت که ما فرض کردیم از طریق هیدروژن می گذرد، ممکن است چنین نباشد." "ما در واقع هیدروژن بسیار کمی را در فاز گازی در طبیعت می‌یابیم. شاید جایی که فرض می‌کردیم هیدروژن ساخته می‌شود، اینطور نیست."

سلول های الکترولیز میکروبی نیاز به افزودن ولتاژ الکتریکی به ولتاژی دارند که توسط باکتری ها با استفاده از مواد آلی برای تولید جریانی که به هیدروژن تبدیل می شود، اضافه شود. محققان دریافتند که Archaea با استفاده از تقریباً همان ورودی الکتریکی، می‌تواند از جریان برای تبدیل دی اکسید کربن و آب به متان بدون هیچ گونه ماده آلی، باکتری یا هیدروژنی که معمولاً در سلول‌های الکترولیز میکروبی یافت می‌شود استفاده کند.

"ما میکروبی داریم که خود ماندگار است و می تواند الکترون ها را مستقیماً بپذیرد و از آنها برای ایجاد متان استفاده کند."

لوگان، کار با شائوان چنگ، همکار ارشد تحقیقاتی؛ دفنگ زینگ، محقق فوق دکترا، و داگلاس اف. کال، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی محیط زیست، تایید کردند که موجودات میکروسکوپی متان را تولید می کنند. محققان یک سلول دو محفظه ای با یک آند غوطه ور در آب در یک طرف محفظه و یک کاتد در آب، مواد مغذی معدنی و دی اکسید کربن در سمت دیگر محفظه ایجاد کردند. آنها یک ولتاژ اعمال کردند، اما فقط یک دقیقه جریان را ثبت کردند. سپس محققان کاتد را با بیوفیلم Archaea پوشش دادند و نه تنها جریان در مدار جریان یافت، بلکه سلول متان تولید کرد.

لوگان گفت: "تنها راه برای دریافت جریان در ولتاژ مورد استفاده ما این بود که میکروب ها مستقیماً الکترون ها را بپذیرند." وی خاطرنشان می کند که واکنش الکتروشیمیایی بدون هیچ گونه کاتالیزور فلز گرانبها و در سطح انرژی کمتری نسبت به تبدیل دی اکسید کربن به متان با استفاده از روش های معمولی و غیر بیولوژیکی انجام می شود.

این سلول ها در تبدیل الکتریسیته به متان حدود ۸۰ درصد کارآمد هستند و از آنجایی که از دی اکسید کربن به عنوان خوراک استفاده می کنند، اگر الکتریسیته از منبع غیر کربنی مانند انرژی خورشیدی یا باد تامین شود، کربن خنثی خواهند بود.

لوگان گفت: "این فرآیند کربن را جدا نمی کند، اما دی اکسید کربن را به سوخت تبدیل می کند." "اگر متان سوزانده شود و دی اکسید کربن جذب شود، این فرآیند می تواند کربن خنثی شود."

لوگان روشی را برای جذب انرژی های تجدیدپذیر در یک سوخت قابل حمل پیشنهاد می کند. متان بر هیدروژن ترجیح داده می شود زیرا بخش بزرگی از زیرساخت های ایالات متحده از قبل برای حمل و نقل و تحویل آسان متان تنظیم شده است.

این یافته ها در شماره این هفته مجله علوم و فناوری محیط زیست گزارش شده است. بنیاد ملی علوم و محصولات هوایی و شیمیایی، شرکت از این پروژه حمایت کردند.