Batteria microbica: team di scienziati utilizza microbi ‘cablati’ per generare elettricità da liquami

Scienziati di Stanford usano 'microbi cablati' per generare elettricità da liquami

Scienziati di Stanford hanno sviluppato una “batteria” che sfrutta un particolare tipo di microbi per produrre energia elettrica da digestione di rifiuti animali e vegetali disciolti nelle acque di scarico. Credit: Xing Xie, Stanford Ingegneria

Gli ingegneri della Stanford University hanno ideato un nuovo modo per generare energia elettrica da acque reflue utilizzando microbi presenti in natura  come mini centrali elettriche ,  producono energia elettrica dalla digestione di rifiuti vegetali e animale.

La ricerca è stata pubblicata in un  articolo dell’Accademia Nazionale delle Scienze , i co-autori sono Yi Cui, uno scienziato dei materiali, Craig Criddle, un  , e Xing Xie, un tipo interdisciplinare, hanno chiamato  la loro invenzione  batteria microbica. Un giorno, si spera che questa tecnologia sarà utilizzata in luoghi come  , o di abbattere  nelle “zone morte” di laghi e acque costiere inquinate da rifiuti organici e fertilizzanti da reflusso che possono esaurire l’ossigeno  e soffocare la vita marina. Al momento, tuttavia, il loro prototipo di laboratorio è delle dimensioni di una batteria di cellulare e appare come un esperimento di chimica, con due elettrodi, uno positivo, l’altro negativo, immerse in una bottiglia di acque reflue. Dentro quella fiala torbida, allegata all’ elettrodo negativo come  allo scafo di una nave, un insolito tipo di batteri fa festa con i   e producono energia elettrica che viene catturata da elettrodo positivo della batteria. “Noi lo chiamiamo la pesca di elettroni”, ha detto Criddle, professore nel dipartimento di ingegneria civile e ambientale. Gli scienziati sanno da tempo l’esistenza di ciò che essi chiamano microbi exoelectrogenici – organismi che si sono evoluti in ambienti senz’aria e sviluppato la capacità di reagire con i minerali di ossido piuttosto che respirare ossigeno come fanno gli esseri umani e trasformare  in combustibile biologico.

Scienziati di Stanford usano 'microbi cablati' per generare elettricità da liquami

La stampa descrive la natura di questi microbi, più di 100 possono andare bene uno accanto all’altro nella larghezza di un capello umano, i microbi sono come tubi bianchi, sono attaccati ai filamenti di carbonio della batteria, con dei viticci  , le immagini sono state scattate da microscopio elettronico a scansione. Credit: Xing Xie, Stanford University

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Nel corso degli ultimi dodici anni o giù di lì, diversi gruppi di ricerca hanno provato vari modi per utilizzare questi microbi come bio-generatori, ma ricavare questa energia in modo efficiente si è dimostrato impegnativo. Cosa ha di nuovo la batteria microbica: un design semplice ma efficace che mette questi batteri exoelectrogenici a lavorare. Le colonie di microbi cablati si aggrappano a filamenti di carbonio che fungono da conduttori elettrici efficienti. Utilizzando un microscopio elettronico a scansione, il team di Stanford ha catturato le immagini di questi microbi connessi con dei viticci sui filamenti di carbonio. “Si può vedere che i microbi fanno nanofili ed elettroni in eccesso”, ha detto Criddle. Vedendo le immagini in prospettiva, circa 100 di questi microbi potrebbero rientrare, fianco a fianco, nella larghezza di un capello umano. Poiché questi microbi ingeriscono materia organica e la convertono in combustibile biologico, i loro elettroni in eccesso fluiscono nei filamenti di carbonio  attraverso l’elettrodo positivo, che è fatta di ossido d’argento, un materiale che richiama elettroni. Gli elettroni scorrono al nodo positivo gradualmente riducono l’ossido di argento , memorizzando i pezzi di elettroni nel processo. Secondo Xie, dopo un giorno l’elettrodo positivo ha assorbito un carico completo di elettroni ed è stato ampiamente convertito in argento. A quel punto è rimosso dalla batteria e ri-ossidato in ossido di argento, rilasciando gli elettroni memorizzati.

Scienziati di Stanford usano 'microbi cablati' per generare elettricità da liquami

Credit: Xing Xie, Stanford University

Gli  ingegneri di Stanford stimano che la batteria microbica può estrarre circa il 30 percento dell’energia potenziale bloccata nelle acque reflue. Questo è grosso modo la stessa efficienza con cui le migliori celle solari disponibili in commercio convertono la luce solare in energia elettrica. Naturalmente, non vi è molta meno energia potenziale nelle acque reflue. Anche così, gli inventori dicono che per la batteria microbica vale la pena perseguire lo studio perché potrebbe compensare in parte l’energia elettrica ora utilizzare per il trattamento delle acque reflue. Attualmente rappresenta circa il tre per cento del carico elettrico totale nelle nazioni sviluppate. La maggior parte di questa elettricità va verso pompaggio di aria in impianti di trattamento delle acque reflue dove i batteri ordinari utilizzano ossigeno nel corso della digestione, come gli esseri umani e altri animali. Guardando al futuro, gli ingegneri della Stanford dicono che la loro sfida più grande sarà trovare un materiale economico ma efficace per la costruire gli elettrodi, “Abbiamo dimostrato il principio usando l’ossido d’argento, ma l’argento è troppo costoso per l’uso su larga scala”, ha dichiarato Cui, professore associato di scienza dei materiali e ingegneria. “Anche se la ricerca è in corso per un materiale più pratico, per trovare un sostituto ci vorrà del tempo.”

Fonte: http://phys.org/news/2013-09-microbial-battery-team-wired-microbes.html

 

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