Når vi overvejer, hvordan vi skal levere verdens stigende energibehov i løbet af det 21. århundrede, svinger diskussionen normalt mellem fossile brændstoffer som kul, olie og naturgas og nye alternative energikilder som vind- og solkraft . I stigende grad ser forskere og ingeniører dog muligheden for at tappe på en usandsynlig brændstofskilde for at generere elektricitet: spildevandet, som vi rutinemæssigt skyller ned i drænet.
Tidligere denne uge annoncerede Oregon State University ingeniører et nyt fremskridt inden for mikrobielle brændselsceller, der genererer elektricitet fra spildevand. Som beskrevet i en artikel i tidsskriftet Energy and Environmental Science har de udviklet en teknologi, der bruger bakterier til at høste energi fra de biologisk nedbrydelige komponenter i spildevand med en hastighed, der er 10 til 50 gange mere effektiv end tidligere metoder.
Ingeniør Hong Liu arbejder med brændselscellen i laboratoriet. (Foto via Oregon State University) ”Hvis denne teknologi fungerer i kommerciel skala, som vi tror på, vil behandlingen af spildevand være en enorm energiproducent og ikke en enorm energiomkostninger, ” sagde Hong Liu, en af forfatterne til undersøgelsen. ”Dette kan have indflydelse over hele verden, spare meget penge, give bedre vandbehandling og fremme energibæredygtighed.”
I øjeblikket forbruger traditionelle metoder til behandling af spildevand meget energi - cirka tre procent af al elektricitet, der bruges i landet, vurderer eksperter. Hvis forskere er i stand til at finde ud af en effektiv måde at generere elektricitet som en del af processen, kan de vende denne ligning på hovedet. Konceptet har eksisteret i nogen tid, men først for nylig har praktiske fremskridt bragt os tættere på at anvende princippet kommercielt.
Tidligere metoder var afhængige af anaerob fordøjelse, hvor bakterier nedbryder bionedbrydelige elementer i spildevand i fravær af ilt og producerer metan (naturgas) som et biprodukt. Denne gas kan derefter opsamles og brændes som brændstof.
Oregon State teamets teknologi, derimod, udnytter det biologisk nedbrydelige materiale i spildevand til fodring af aerobe bakterier, der fordøjer stofferne ved hjælp af ilt. Når mikroberne oxiderer disse spildevandskomponenter - og til gengæld renser vandet - producerer de en stabil strøm af elektroner. Når elektronerne strømmer fra anoden til katoden inden i en brændselscelle, producerer de en elektrisk strøm, som direkte kan bruges som en strømkilde. Derudover renser denne proces vandet mere effektivt end anaerob fordøjelse og producerer ikke uønskede biprodukter.
I laboratoriet producerede teamets opbygning - som forbedrer ved tidligere design med tættere anoder og katoder og en ny materialeseparationsproces, der isolerer det organiske indhold af spildevand i en mere koncentreret form - mere end to kilowatt pr. Kubikmeter spildevand, en markant større mængde end tidligere anaerobe fordøjelsesteknologier. Til sammenligning bruger den gennemsnitlige amerikanske husstand ca. 1, 31 kilowatt elektricitet på et givet tidspunkt. Den nye enhed kan køre på enhver form for organisk materiale - ikke kun spildevand, men også halm, animalsk affald og biprodukter fra den industrielle produktion af øl og mejeri.
Forskerne siger, at de har bevist teknologien i en temmelig betydelig skala i laboratoriet og er klar til at gå videre til en storstilet pilotundersøgelse. De søger finansiering til at oprette en storstilet brændselscelle, ideelt forbundet med et fødevareforarbejdningsanlæg, som vil producere en jævn og høj volumenstrøm af spildevand. De forudsiger, at når teknologien først er bevist og bygningsomkostningerne er faldet, vil anvendelsen af denne form for spildevandsforarbejdning producere fornybar el til lave omkostninger og reducere omkostningerne ved forarbejdning af spildevand.
Denne teknologi vil især være tiltalende i et udviklingsland, hvor den straks ville løse to problemer: en mangel på billig elektricitet og en mangel på rent vand. Forskning om forbedring af effektiviteten af processen er stadig i gang, men det ser ud til, at snart nok er dagene med skylning af energi ned på toilettet forbi.
