Do czego jeszcze można wykorzystać mikroorganizmy? Produkują leki, żywność, surowce chemiczne, oczyszczają środowisko. Ale czy mogą wytwarzać elektryczność?
Wytwarzanie elektryczności przy pomocy mikroorganizmów nazywa sił MFC (ogniwa mikrobiologiczne). MFC opiera się na wykorzystaniu energii związanej w materii organicznej, a wyzwolonej przez procesy metabolizmu różnych organizmów. Źródłem materii organicznej mogą być ścieki czy osady gromadzące sił na dnie rzek lub morza. Taki system wykorzystuje różnice potencjałów miedzy sedymentem a wodą ponad nim. Utlenianie substancji organicznych uwalnia elektrony, które przez anodę (w mule) płyną do katody (w wodzie) przez zewnętrzny obwód.
Ten koncept wykorzystali japońscy badacze w celu opracowania metody uzyskiwania energii elektrycznej z poletek ryżu. W kraju, w którym uprawy ryżu zajmują ponad 2,5 Mha, co stanowi ponad 50% ziemi wykorzystywanej rolniczo, taka metoda może mieć znaczenie. zalanie pola ryżowego powoduje powstanie anaerobicznych warunków w glebie i rozwój mikroorganizmów lubiących warunki o niskiej ilości tlenu: bakterie metanogenne, fermentujące czy redukujące siarkę lub żelazo.
Jako elektrody wykorzystano maty grafitowe: anodę zakopano około 5 cm w glebie, a katoda z wyciętymi otworami na rośliny leżała na powierzchni. Obie połączono izolowanymi przewodami z opornikiem i urządzeniem rejestrującym napięcie. Rośliny w czasie wegetacji, zwłaszcza w czasie dnia wydzielają do gleby różne substancje, głównie kwasy organiczne i cukry. Te zaś są wykorzystywane przez bakterie glebowe. Wydajność produkcji prądu elektrycznego bardzo zależała od pory dnia i od warunków pogodowych. Nocą napięcie spadało do zera. Także podanie hamujących wzrost glonów środków ochrony roślin spowodowało tygodniowe „wyłączenie” ogniwa. Natomiast wstrzyknięcie do gleby roztworu octanu sodu czasowo zwiększało wydajność. Powyższe obserwacje pozwalają stwierdzić, że takie ogniwo jest faktycznie ekologiczną baterią słoneczną, łączącą roślinną fotosyntezę z mikrobiologiczną redukcją substancji organicznych.
Na koniec powinienem napisać ile prądu udało się wytworzyć. Maksymalna wydajność elektryczna pola ryżowego obliczono na 6 mW/m2 elektrody. Nie wiem czy to wystarczyło by napędzać urządzenie rejestrujące powstającą elektryczność, w które zaopatrzono eksperymentalne ogniwo. Autorzy artykułu sugerują (oczywiście), że podobne ogniwa MCF mogą przydatnym i łatwym źródłem elektryczności na terenach podmokłych.
Kaku N, Yonezawa N, Kodama Y, Watanabe K. Plant/microbe cooperation for electricity generation in a rice paddy field. Appl Microbiol Biotechnol. 2008 May;79(1):43-9.
