Nowy numer 44/2020 Archiwum

Bakteryjna bateria

Bakterie robią prąd. Czysto i superwydajnie. Czy zamiast samochodami na wodór będziemy w przyszłości jeździć autami na bakterie?

Zacznijmy może od tego, co to jest ogniwo, bateria i prąd. Na przykład ogniwo galwaniczne. Zostało ono mojemu pokoleniu w pamięci pod postacią testu na odwagę, polegającego na polizaniu obu miedzianych wypustek płaskiej baterii Centra 4,5 volt. Kopał nas prąd, czyli strumień elektronów zgromadzonych uprzednio w jednym z trzech ogniw tej baterii. Energia owego prądu musiała tam zostać uprzednio zgromadzona w procesie ładowania. No i oczywiście ulegała w trakcie pracy (np. kolejki elektrycznej) rozładowaniu.

Co było w jej wnętrzu? Dzisiaj rozebranie baterii nie jest łatwe. I bardzo dobrze, bo znajdujące się w niej substancje mogą być bardzo szkodliwe. Ale baterię płaską można było bardzo łatwo rozebrać. A wtedy okazywało się, że w każdym z ogniw są dwie elektrody zanurzone w ohydnej i kwaśnej mazi. To reakcje chemiczne zachodzące pomiędzy owymi elektrodami a ową mazią dawały elektronom energię. Po jednej elektrodzie strumień elektronów dopływa do urządzenia, a po drugiej z niego wypływa. Oczywiście pod warunkiem, że obwód jest zamknięty, np. naszym językiem (albo bardziej standardowo, żarówką, głośnikiem, silnikiem elektrycznym…). Gdy obwód jest otwarty, prąd elektryczny nie płynie, a bateria nie rozładowuje się. Jeżeli jednak podłączymy jakikolwiek odbiornik prądu do baterii, energia, którą niosą elektrony, jest zamieniana np. na energię światła, dźwięku, ruchu…

Mikroby w pracy

Ogniwo paliwowe tym się różni od opisywanego wyżej ogniwa galwanicznego, że nie trzeba w nim uprzednio gromadzić żadnej energii elektrycznej, nie musimy go wcale ładować. Czasami trzeba je uprzednio podgrzać. Oszczędność czasu jest zatem niemała, co wie każdy zdesperowany „ładowacz” akumulatorków do aparatu fotograficznego czy komórki. W ogniwie paliwowym nie dochodzi do zmiany składu elektrod czy elektrolitu i nie da się ich rozładować. Ogniwo to generuje energię elektryczną dzięki reakcji utleniania paliwa, które ciągle jest mu dostarczane. Gdy przestanie się go dostarczać, ogniwo nie będzie pracować. Gdy znowu zaczniemy je dostarczać, ogniwo paliwowe ruszy i będzie produkować prąd.

Bakteryjne ogniwa paliwowe (od kilku dobrych lat jest to całkiem nieźle rozwijające się pole badań i innowacji) polegają na tym, że to nie reakcje chemiczne uwalniają energię, tylko aktywność mikroorganizmów. To ich działalność powoduje, że elektrony mogą się poruszać. Warto przy tym podkreślić, że bakterie, o których mowa, nie są do tych czynności jakoś modyfikowane czy uczone ich. One robią dokładnie to, do czego są przyzwyczajone. Po prostu spalają pożywienie. Bakterie w środowisku naturalnym „wyprodukowane” elektrony wykorzystują w procesie oddychania, ale bakterie w baterii dzielą się nieco i część elektronów pozwalają sobie „odebrać”.

No dobrze, tyle teoria. A co z praktyką? Naukowcy z Iowa State University pokazali, że „elektryczna bakteria” działa. Co więcej, swoje ogniwo zbudowali z bibuły, takiej klasycznej, jakiej dzieci używają w szkole. W taką bibułę może wsiąknąć każdy roztwór. Jeśli zanurzymy ją jednym końcem w roztworze, szybko zacznie on kapać z drugiego końca. Dzieje się tak bez żadnej pompy. To bardzo ważne, bo oznacza, że bakterie w baterii mogą być w pewnym sensie karmione automatycznie. Wystarczy bibułę zanurzyć jednym końcem w jakiejś pożywce, a ta sama będzie przepływała, tak jak woda sama przepływa przez bibułę zanurzoną jednym końcem w szklance wody. Zresztą to samo zjawisko zachodzi wtedy, gdy do szklanki jednym końcem zanurzymy chusteczkę czy inną szmatkę.

Tanie i wydajne

No więc mamy bakterie w bibule, wiemy, jak je karmić, to w takim razie przejdźmy do konkretów. Ile prądu taka bateria jest w stanie wyprodukować? Testowane ogniwo przez kilka dni dawało moc 1,3 mikrowata i prąd o natężeniu 52,25 mikroampera. Mało, bardzo mało. Na razie. To dopiero pierwsze próby takich urządzeń. Początki zawsze bywają trudne. Ale nie warto rezygnować. Bakterii jest wszędzie bardzo dużo. Ich namnażanie jest dziecinnie proste. Bibuła jest tania jak… papier. A pożywkę, którą bakterie w baterii będą karmione, można wyprodukować niemal ze wszystkiego. Poza tym – mimo niskich wartości prądu – trzeba sobie zdawać sprawę z tego, że wydajność takiego ogniwa wynosi około 70 proc. To bardzo dużo. Dla porównania wydajność ogniwa fotowoltaicznego, czyli potocznej baterii słonecznej (choć w rzeczywistości to nie jest bateria), wynosi kilkanaście procent. Jaki z tego wniosek? Być może w przyszłości do telefonu, zegarka czy aparatu będziemy wkładali ogniwa z bakteriami w środku…•

« 1 »
oceń artykuł Pobieranie..

Zobacz także

Wyraź swoją opinię

napisz do redakcji:

gosc@gosc.pl

podziel się