Από το 1911, όταν ο Βρετανός μυκητολόγος Μάικλ Κρεσέ Πότερ παρατήρησε ότι η μαγιά μπύρας παρήγαγε ηλεκτρική ενέργεια, οι επιστήμονες προσπαθούν να αξιοποιήσουν τις δυνατότητες των μικροβιακών κυψελών καυσίμου. Ωστόσο έχει αποδειχθεί ότι οι αποδόσεις των μικροσκοπικών, εκκολαπτόμενων «βιοαντιδραστήρων» είναι πολύ χαμηλές για πρακτική χρήση. Επιπλέον, τα μικρόβια είναι επιλεκτικά σε ό,τι αφορά τα υποστρώματα που αφομοιώνουν για να παράγουν ηλεκτρισμό.
Τώρα, μια ομάδα ερευνητών από το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Λωζάνης (EPFL) κατάφερε να παράγει ηλεκτρισμό από τα βακτήρια Escherichia coli σε διάφορες συνθήκες. Αυτό το επίτευγμα θα μπορούσε να φέρει επανάσταση τόσο στη διαχείριση των αποβλήτων όσο και στην παραγωγή ενέργειας.
«Αν και υπάρχουν εξωτικά μικρόβια που παράγουν φυσικά ηλεκτρισμό, μπορούν να το κάνουν μόνο παρουσία συγκεκριμένων χημικών ουσιών», εξήγησε η επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Άρντεμις Μπογκοσιάν.
«Το E. coli μπορεί να αναπτυχθεί σε ένα ευρύ φάσμα πηγών, γεγονός που μας επέτρεψε να παράγουμε ηλεκτρική ενέργεια σε ένα ευρύ φάσμα περιβαλλόντων, συμπεριλαμβανομένων των υγρών αποβλήτων», πρόσθεσε.
Για να ενισχύσουν την ικανότητα του E. coli να παράγει ηλεκτρισμό, οι ερευνητές τροποποίησαν το γονιδίωμά του ώστε να περιλαμβάνει οδηγίες για πρωτεϊνικά σύμπλοκα που βρίσκονται στο βακτήριο Shewanella oneidensis, γνωστό για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Το S. oneidensis παράγει μια ροή ηλεκτρονίων όταν ανάγει μέταλλα, ένα ηλεκτρικό σήμα που έχει χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, για την ανίχνευση τοξικών μετάλλων όπως το αρσενικό, σε πρωτότυπα συστήματα.
Με την ενσωμάτωση όλων των συστατικών του μονοπατιού παραγωγής ηλεκτρισμού του S. oneidensis στο E. coli, οι ερευνητές αύξησαν την ηλεκτροκινητικότητά του κατά δύο φορές σε σύγκριση με τα στελέχη που είχαν προηγουμένως αναπτυχθεί (τα οποία περιλάμβαναν μόνο μέρος του μονοπατιού του S. oneidensis).
Ωστόσο, αυτά τα πειράματα έγιναν σε έναν μόνο θάλαμο υπό εργαστηριακές συνθήκες. Η πραγματική δοκιμασία για κάθε πιθανή τεχνολογία είναι αν μπορεί να λειτουργήσει σε βιομηχανικές συνθήκες.
Προηγούμενες μελέτες έχουν διερευνήσει τη χρήση φυκιών στην επεξεργασία υγρών αποβλήτων ζυθοποιίας. Τα ζυθοποιεία πρέπει να επεξεργάζονται το νερό που χρησιμοποιούν για την πλύση των κόκκων και την έκπλυση των δεξαμενών πριν το απορρίψουν, επειδή περιέχει ένα μείγμα σακχάρων, αμύλων, αλκοολών και ζύμης που θα μπορούσε να προκαλέσει ανεπιθύμητες μικροβιακές ανθίσεις αν απορριφθεί ανεπεξέργαστο.
Έτσι, η ομάδα δοκίμασε το σύστημα E. coli σε ένα δείγμα υγρών αποβλήτων που συλλέχθηκαν από ένα τοπικό ζυθοποιείο στη Λωζάνη της Ελβετίας, το οποίο τα τροποποιημένα βακτήρια «καταβρόχθισαν» σε 50 ώρες.
«Τα βιομηχανοποιημένα ηλεκτρικά βακτήρια μπόρεσαν να ανθίσουν εκθετικά τρώγοντας αυτά τα απόβλητα», είπε η Μπογκοσιάν, ενώ το S. oneidensis, που χρησιμοποιήθηκε ως συγκριτικό δείγμα, δεν ήταν σε θέση να χωνέψει τα μικτά λύματα.
Αυτό καθιστά το τροποποιημένο E. coli πολύ πιο κατάλληλο για την επεξεργασία βιομηχανικών λυμάτων, ακόμη και αν το δυναμικό παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας εξακολουθεί να είναι πιο αργό από το S. oneidensis, είπαν οι ερευνητές.
Στη συνέχεια οι ερευνητές θα πρέπει να δουν αν το τροποποιημένο E. coli τους μπορεί να επεξεργαστεί βιομηχανικούς όγκους. Εάν ναι, θα μπορούσε να επιφέρει σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας.
«Αντί να βάζουμε ενέργεια στο σύστημα για να επεξεργαστούμε τα οργανικά απόβλητα, παράγουμε ηλεκτρική ενέργεια ενώ ταυτόχρονα επεξεργαζόμαστε τα οργανικά απόβλητα – με ένα σμπάρο δύο τρυγόνια», σημείωσε η ερευνήτρια.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Joule».
ΠΗΓΗ: Science Alert