Gli ingegneri dell'Oregon State University hanno fatto un progresso significativo verso la produzione di elettricità dalle acque reflue, dall'uso di nuovi rivestimenti sugli anodi delle celle elettrochimiche microbiche che hanno aumentato la produzione di energia elettrica di circa 20 volte.
Le scoperte, appena pubblicato online in Biosensori e Bioelettronica, una rivista professionale, avvicinare i ricercatori di un passo alla tecnologia che potrebbe pulire i rifiuti organici e allo stesso tempo produrre livelli utili di elettricità - una nuova promettente innovazione nel trattamento delle acque reflue e nell'energia rinnovabile.
Gli ingegneri hanno scoperto che rivestendo gli anodi di grafite con uno strato di nanoparticelle d'oro, la produzione di energia elettrica è aumentata di 20 volte. I rivestimenti con palladio hanno prodotto un aumento, ma non così tanto. E i ricercatori ritengono che i rivestimenti di nanoparticelle di ferro - che sarebbero molto più economici dell'oro - potrebbero produrre aumenti di elettricità simili a quelli dell'oro, per almeno alcuni tipi di batteri.
"Questo è un passo importante verso il nostro obiettivo, " ha detto Frank Chaplen, professore associato di ingegneria biologica ed ecologica. "Abbiamo ancora bisogno di alcuni miglioramenti nel design della camera catodica, e una migliore comprensione dell'interazione tra le diverse specie microbiche. Ma il nuovo approccio sta chiaramente producendo più elettricità".
In questa tecnologia, i batteri provenienti da rifiuti organici come le acque reflue sono posti in una camera anodica, dove formano un biofilm, consumare nutrienti e crescere, nel processo rilasciando elettroni. In tale contesto, il liquame è letteralmente il combustibile per la produzione di energia elettrica.
Nella tecnologia correlata, un approccio simile potrebbe essere in grado di produrre gas idrogeno invece di elettricità, con il potenziale per essere utilizzato nelle celle a combustibile a idrogeno che potrebbero alimentare le automobili del futuro. In ogni caso, il trattamento delle acque reflue potrebbe essere cambiato da una tecnologia che consuma energia a una che produce energia utilizzabile.
Ricercatori dell'OSU College of Engineering e College of Agricultural Sciences, compreso Hong Liu, un assistente professore di ingegneria biologica ed ecologica, sono leader nazionali nello sviluppo di questa tecnologia, che potrebbe ridurre significativamente il costo del trattamento delle acque reflue negli Stati Uniti. Potrebbe anche trovare applicazioni nelle aree rurali o nei paesi in via di sviluppo, dove la mancanza di un'adeguata alimentazione rende impraticabile il trattamento delle acque reflue. Potrebbe essere possibile realizzare impianti di depurazione completamente autosufficienti dal punto di vista energetico.
La tecnologia funziona già in laboratorio, dicono i ricercatori, ma sono necessari anticipi per abbassarne il costo, migliorare l'efficienza e la resa elettrica, e identificare i materiali più economici che possono essere utilizzati.
Questa ricerca è stata supportata dalla National Science Foundation e dall'Oregon Nanoscience and Microtechnologies Institute.
"I recenti progressi nella nanofabbricazione offrono un'opportunità unica per sviluppare materiali per elettrodi efficienti grazie alla notevole struttura, proprietà elettriche e chimiche dei nanomateriali, " hanno scritto i ricercatori nel loro rapporto. "Questo studio ha dimostrato che la nano-decorazione può migliorare notevolmente le prestazioni degli anodi microbici".
