מאגר אנרגיה נייד מחיידקים

לדבריהם של מהנדסים מאוניברסיטת Penn State חיידק זעיר מסוגל להשתמש בזרם חשמלי ולהמיר ישירות פחמן דו-חמצני ומים למתאן לקבלת מקור אנרגיה נייד

מהנדסים מאוניברסיטת Penn State טוענים כי חיידק זעיר מסוגל להשתמש בזרם חשמלי ולהמיר ישירות פחמן דו-חמצני ומים למתאן לקבלת מקור אנרגיה נייד.

“בחנו את הייצור של מימן בתאים אלקטרוליטיים של חיידקים וקיבלנו עוד ועוד מתאן,” אמר Bruce E. Logan, פרופסור להנדסה סביבתית באוניברסיטת Penn State. “ייתכן שכעת אנו מבינים מדוע”.

מיקרואורגניזמים מייצרי-מתאן (Methanogenic) אכן עושים זאת בביצות ובמזבלות, אולם המדענים חשבו עד עתה כי הם עושים זאת ע”י המרת מימן או חומרים אורגניים (כגון אצטאט) למתאן. אולם, החוקרים גילו כי בעודם מנסים לייצר מימן בתאים אלקטרוליטיים חיידקיים, התאים שלהם הפיקו מימן בכמויות שמעל השיעור הצפוי.

“השקפת החוקרים לגביי הפקת המתאן בטבע, שחשבנו כי היא מתרחשת דרך מימן, ייתכן ואינה נכונה לחלוטין,” אמר החוקר הראשי. “למעשה, מצאנו רק מעט מימן בפאזה הגזית בטבע. ייתכן כי המקום עליו חשבנו כמקורו של המימן אינו כה נכון.”

תאים אלקטרוליטיים חיידקיים אכן נדרשים למתח חשמלי התחלתי, המוסף לזה שהחיידק מפיק בעצמו תוך שימוש בחומרים אורגניים ואשר מומר בסופו של התהליך למימן.

החוקרים גילו כי חיידקים קדומים (או ארכאונים, Archaea), המשתמשים באותה כמות החשמל, מסוגלים להמיר פחמן דו-חמצני ומים למתאן ללא הצורך בתוספת של חומר אורגני, חיידקים או מימן – המרכיבים הנמצאים בתאים אלקטרוליטיים חיידקיים טיפוסיים.

“יש בידנו חיידק המקיים את עצמו והמסוגל לקלוט אלקטרונים באופן ישיר ולהשתמש בהם ליצירת מתאן,” מסביר החוקר הראשי.

צוות החוקרים וידא כי אכן החיידקים מייצרים את המתאן. הם הכינו תא אלקטרוליטי דו-מדורי שבו יש אנודה הטבולה במים במדור אחד ואילו במדור השני קתודה הטבולה במים, חומרי-הזנה אי-אורגניים ופחמן דו-חמצני. הם הפעילו מתח חשמלי אך קיבלו זרם חלש בלבד. בשלב הבא החוקרים ציפו את הקתודה בביו-מעטפת של חיידקים קדומים ולא רק שזרם עבר בתא אלא הוא גם הפיק מתאן.

“הדרך היחידה ליצירת זרם במתח בו השתמשנו הייתה רק אם החיידקים הללו קיבלו ישירות אלקטרונים לתוכם,” מסביר החוקר. הוא מציין כי התגובה האלקטרוכימית מתרחשת ללא הנוכחות של זרז מתכתי יקר כזה או אחר, וברמות אנרגיה נמוכות הרבה יותר מאלו הנדרשות בשיטות הפקת מתאן לא ביולוגיות.

התאים יעילים ברמה של שמונים אחוזים בהמרת חשמל למתאן ומכיוון שהם משתמשים בפחמן דו-חמצני כחומר הגלם שלהם נמנעת הצריכה של חומרים מבוססי-פחמן כאשר החשמל יגיע ממקורות אנרגיה מתחדשים כגון אנרגיה סולארית או אנרגיית הרוח. “התהליך אינו מרחיק פחמן אך הוא כן ממיר פחמן דו-חמצני לדלק,” מסביר החוקר. “אם בזמן שריפת המתאן לוכדים את הפחמן הדו-חמצני המשתחרר במהלכה, כי אז התהליך השלם אינו צורך פחמן כלל ועיקר.”

החוקר מציע את התהליך כשיטה יעילה וחסכונית להפקת דלק נייד ממקורות אנרגיה מתחדשים לחלוטין. המתאן עדיף על מימן כדלק מאחר וחלקים נכבדים מהתשתיות בארה”ב כבר עתה מתאימים לשינוע ואספקה של מתאן.

ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Environmental Science and Technology.

הידיעה מהאוניברסיטה

http://live.psu.edu/story/38671