Während wir darüber nachdenken, wie wir den steigenden Energiebedarf der Welt im Laufe des 21. Jahrhunderts decken können, schwankt die Diskussion normalerweise zwischen fossilen Brennstoffen wie Kohle, Öl und Erdgas und neuen alternativen Energiequellen wie Wind- und Solarenergie . Zunehmend prüfen Wissenschaftler und Ingenieure jedoch die Möglichkeit, eine unwahrscheinliche Brennstoffquelle zur Stromerzeugung zu erschließen: das Abwasser, das wir routinemäßig in den Abfluss spülen.
Anfang dieser Woche kündigten Ingenieure der Oregon State University einen neuen Fortschritt bei mikrobiellen Brennstoffzellen an, die Strom aus Abwasser erzeugen. Wie in einem Artikel in der Zeitschrift Energy and Environmental Science beschrieben, haben sie eine Technologie entwickelt, bei der Bakterien verwendet werden, um Energie aus den biologisch abbaubaren Abwasserkomponenten mit einer 10- bis 50-mal höheren Effizienz als bei früheren Methoden zu gewinnen.
Ingenieur Hong Liu arbeitet mit der Brennstoffzelle im Labor. (Foto über die Oregon State University) "Wenn diese Technologie im kommerziellen Maßstab so funktioniert, wie wir es glauben, könnte die Abwasserbehandlung zu einem enormen Energieerzeuger und nicht zu enormen Energiekosten führen", sagte Hong Liu, einer der Autoren der Studie. „Dies könnte Auswirkungen auf die ganze Welt haben, viel Geld sparen, eine bessere Wasseraufbereitung gewährleisten und die Nachhaltigkeit der Energieversorgung fördern.“
Derzeit verbrauchen herkömmliche Verfahren zur Abwasserbehandlung viel Energie - Experten schätzen, dass rund drei Prozent des gesamten Stroms im Land verbraucht werden. Wenn Wissenschaftler in der Lage sind, einen effizienten Weg zur Stromerzeugung als Teil des Prozesses zu finden, könnten sie diese Gleichung auf den Kopf stellen. Das Konzept gibt es schon seit einiger Zeit, aber die praktischen Fortschritte haben uns erst in jüngster Zeit der kommerziellen Anwendung des Prinzips näher gebracht.
Bisherige Verfahren beruhten auf der anaeroben Vergärung, bei der Bakterien in Abwasser unter Ausschluss von Sauerstoff biologisch abbaubare Elemente abbauen und als Nebenprodukt Methan (Erdgas) produzieren. Dieses Gas kann dann gesammelt und als Brennstoff verbrannt werden.
Im Gegensatz dazu nutzt die Technologie des Oregon State-Teams das biologisch abbaubare Material im Abwasser, um aerobe Bakterien zu füttern, die die Substanzen unter Verwendung von Sauerstoff verdauen. Wenn die Mikroben diese Abwasserkomponenten oxidieren und das Wasser reinigen, erzeugen sie einen stetigen Elektronenstrom. Während die Elektronen innerhalb einer Brennstoffzelle von der Anode zur Kathode fließen, erzeugen sie einen elektrischen Strom, der direkt als Energiequelle verwendet werden kann. Darüber hinaus reinigt dieser Prozess das Wasser effektiver als die anaerobe Vergärung und produziert keine unerwünschten Nebenprodukte.
Im Labor produzierte das Team - das frühere Konstruktionen mit engeren Anoden- und Kathodenabständen und einem neuen Materialtrennungsverfahren, das den organischen Abwassergehalt in konzentrierterer Form isoliert - mehr als zwei Kilowatt pro Kubikmeter Abwasser. eine signifikant größere Menge als frühere anaerobe Vergärungstechnologien. Zum Vergleich: Der durchschnittliche US-Haushalt verbraucht zu einem bestimmten Zeitpunkt ungefähr 1, 31 Kilowatt Strom. Das neue Gerät kann mit jeder Art von organischem Material betrieben werden - nicht nur mit Abwasser, sondern auch mit Stroh, tierischen Abfällen und Nebenprodukten aus der industriellen Herstellung von Bier und Milchprodukten.
Die Forscher sagen, dass sie die Technologie im Labor in einem ziemlich umfangreichen Umfang bewiesen haben und bereit sind, mit einer groß angelegten Pilotstudie fortzufahren. Sie suchen nach Finanzmitteln, um eine Brennstoffzelle in großem Maßstab zu errichten, die idealerweise mit einer Lebensmittelverarbeitungsanlage gekoppelt ist und einen gleichmäßigen und volumenstarken Abwasserstrom erzeugt. Sie sagen voraus, dass die Anwendung dieser Art der Abwasserbehandlung, sobald sich die Technologie bewährt hat und die Baukosten gesunken sind, kostengünstigen erneuerbaren Strom erzeugt und die Kosten für die Abwasserbehandlung senkt.
Diese Technologie wäre besonders in Entwicklungsländern attraktiv, in denen sofort zwei Probleme gelöst würden: ein Mangel an billigem Strom und ein Mangel an sauberem Wasser. Die Forschung zur Verbesserung der Effizienz des Prozesses ist noch im Gange, aber es scheint, dass die Tage des Energiespülens in der Toilette bald vorbei sind.
