La modifica della chimica superficiale degli elettrodi porta alla crescita preferenziale di un nuovo batterio elettroattivo che potrebbe supportare un migliore trattamento delle acque reflue energeticamente neutro.

Crescere, i batteri elettroattivi scompongono i composti organici trasferendo elettroni a substrati allo stato solido al di fuori delle loro cellule. Gli scienziati hanno utilizzato questo processo per guidare dispositivi, come i sistemi elettrochimici microbici, dove i batteri crescono come un film su un elettrodo, abbattere i composti organici nelle acque reflue e trasferire gli elettroni risultanti all'elettrodo.

Gli scienziati stanno ora cercando modi per migliorare questo processo in modo che produca gas idrogeno su un elettrodo catodico caricato negativamente, che può poi essere convertito in elettricità per alimentare gli impianti di trattamento delle acque reflue. Ciò richiede batteri elettroattivi che trasferiscano in modo efficiente gli elettroni a un elettrodo anodico caricato positivamente che non utilizzi l'idrogeno per la loro crescita.

Krishna Katuri, un ricercatore nel laboratorio di Pascal Saikaly, e colleghi hanno ora trovato un nuovo batterio elettroattivo, chiamato Desulfuromonas acetexigens, che cresce preferenzialmente quando la chimica superficiale dell'anodo viene modificata in un modo specifico. Il batterio produce una densità di corrente maggiore rispetto al più importante batterio che produce corrente, Geobacter sulfurreducens, e in un tempo più breve.

"Riteniamo che questa sia una scoperta rivoluzionaria nel campo, "dice Katuri.

Nel modificare la chimica della superficie, i ricercatori hanno modificato gli elettrodi di grafite per produrre aminoacidi, gruppi carbossilici e idrossidi sulla loro superficie. Quando fanghi e acetato, un composto organico utilizzato come mangime, sono stati posti in una camera di vetro insieme all'elettrodo, i batteri sono cresciuti rapidamente sulla superficie dell'elettrodo. Le analisi hanno rivelato che D. acetexigens cresceva preferenzialmente rapidamente sugli elettrodi modificati, mentre G. sulfurreducens è cresciuto su elettrodi non modificati di uso convenzionale testati come controlli.

Ulteriori analisi hanno mostrato che D. acetexigens ha generato una densità di corrente di circa 9 ampere per metro quadrato entro 20 ore dall'inizio del processo, rispetto ai soli 5 ampere per metro quadrato in 72 ore di G. sulfurreducens.

Anche, D. acetexigens non utilizza l'idrogeno come mangime. Ciò significa che un reattore elettrochimico microbico che tratta le acque reflue potrebbe combinare gli elettroni e i protoni prodotti da questo batterio per generare gas idrogeno al catodo.

"Prossimamente abbiamo in programma di studiare come i D. acetexigens trasferiscono gli elettroni e di imparare come massimizzare la loro attività all'anodo, ", dice Saikaly. "Stiamo anche fabbricando un reattore a cella di elettrolisi microbica su scala pilota per trattare le acque reflue domestiche con questo batterio, recuperando gas idrogeno come energia. I pannelli solari saranno integrati nel reattore pilota con l'obiettivo di utilizzare l'energia solare e dell'idrogeno per ottenere un trattamento delle acque reflue energeticamente neutro o addirittura energeticamente positivo".