Ti totiž přišli na to, že moč, lépe řečeno její složky kyselina močová, kreatinin a malé peptidy, může být využita k výrobě elektrické energie v takzvaných mikrobiálních palivových článcích. Určité bakterie jsou totiž schopny výše uvedené složky moči rozkládat za vzniku energie. Používání bakterií při čištění odpadních vod není žádná novinka, ale dosud užívané postupy energii spotřebovávají. Moč je ovšem nejhojnější odpad na Zemi, a tak kdyby se povedlo mikrobiální palivové články uvést do praxe, mohli bychom z našeho nelibě vonícího odpadu získat nemalé množství energie.
Jak to funguje?
Palivový článek obecně využívá nějaké palivo k výrobě elektřiny pomocí chemické reakce s kyslíkem nebo nějakým oxidačním činidlem. Princip je podobný jako u baterie, každý palivový článek má elektrody anodu a katodu ponořené v elektrolytu (palivu). Rozdíl je v tom, že v baterii je stálý objem elektrolytu, který se za nějakou dobu vybije, zatímco palivovému článku musíme palivo a oxidační činidlo neustále dodávat, zato ale vyrábí elektřinu pořád, dokud přísun obojího nezastavíme. Nejběžnějším palivem pro palivové články je vodík, využívají se také alkoholy metanol a etanol. Výroba těchto látek je ale dost energeticky náročná, což z palivových článků dělá poměrně drahý zdroj energie.
V Bristolu se rozhodli zkusit využít aktivované kaly, které se využívají k čištění odpadních vod a které jsou výhodným zdrojem bakterií. Tyto bakterie v mikrobiálních palivových článcích vytvoří na anodě biofilm a jak tak dýchají a „tráví“ molekuly obsažené v moči, předávají elektrony na elektrodu, které pak přecházejí na katodu a vzniká elektrický proud. Z pouhých 25 ml moči lze získat stálý proud 25 mA během 3 dní. Když to hodně zjednodušíme, zdravý dospělý člověk denně vyprodukuje 2 – 2,5 litrů moči, to by stačilo na 2 – 2,5 A (více moči v jednom článku vůbec neznamená více proudu, ale ve více článcích zapojených za sebe to zhruba takto funguje, dopouštím se opravdu hrubého zjednodušení a odhadu). Tříčlenná domácnost by pak takto přispěla k výrobě 6 – 7,5 A, činžák by pak možná stačil na minimálně 10 – 20 A (to jsou hodnoty proudu odpovídající jednotlivým okruhům elektrorozvodu běžné domácnosti). To vůbec není špatný výsledek!
Dokonale obnovitelný zdroj energie
Přidejme k tomu fakt, že zvířata pěstovaná na farmách vyprodukují dva až třikrát více moči než člověk, přičtěme k nim všech sedm miliard obyvatel naší planety a získáme 38 miliard litrů moči denně. A počty lidí na planetě stoupají…
Čistá voda a hnojiva jako bonus
To ovšem není všechno, bakterie v takovýchto palivových článcích by mohly z odpadních vod získávat i látky, které z nich lze těžko odstranit – dusík, fosfor a draslík – a které stejně jako přebytky hnojiv způsobují například problematický „rozkvět“ rybníků.Když do močové palivové směsi dodáme nějaký zdroj uhlíku, třeba octanovou sůl, která vyváží poměr živin, bakterie využijí tyto prvky k tomu, aby rostly a dělily se. Nově vzniklé bakterie, které takto dusík, fosforečnany i draslík zachytí, jde z článku zfiltrovat a následně využít jako hnojivo.
Nic nového pod sluncem
Myšlenka použít moč k výrobě energie přitom není nová. Před třemi lety navrhli vědci na Ohio University ve Spojených státech postup, který by z moči vyráběl vodík pro palivové články. Většinou se totiž vodík získává elektrolytickým štěpením vody a to vyžaduje velký přísun energie. Gerardine Botte ale napadlo, že molekula močoviny nejenže obsahuje čtyři vodíky oproti dvěma v molekule vody, tyto vodíky jsou navíc slaběji vázány, takže na jejich odštěpení je potřeba třikrát méně energie. Na rozdíl od mikrobiálních palivových článků to má ale háček – močovina se rychle rozkládá a celý proces je méně efektivní.
Tříděním odpadu zachráníš planetu
Sbírání moči a její využívání pro výrobu elektrické energie by tedy značně ulevilo životnímu prostředí. Čištění odpadních vod tímto způsobem by přinášelo nejen nezávadnou vodu, ale i užitek, protože bychom získali obnovitelný a takřka nevyčerpatelný zdroj energie.
Zbývá jen zjistit, jestli jsou takové postupy ekonomicky výhodné a překonat možný společenský odpor vůči energiím vyrobeným z našeho odpadu. Aby mikrobiální palivové články mohly fungovat, musí být „palivo“ prosté všech pevných látek a to znamená „třídit“ lidský odpad už v domácnostech. Moderní toalety to už umí, ale budou je lidé chtít mít doma? Takto získaná elektřina nesmrdí „a přece je z moči“, stejně jako ve starém Římě daně z latrín. Vespasiánova syna Tita to tehdy přesvědčilo. A co vy? Jste ochotní začít třídit i jiný než komunální odpad?
Další informace:
I Ieropoulos, J Greenman and C Melhuish, Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, DOI: 10.1039/c1cp23213d.
B K Boggs, R L King and G G Botte, Chem. Commun., 2009, DOI: 10.1039/b905974a.
