Ann Christy, docentka na Ohio State University: „Kravské výkaly jsou perspektivní palivo do palivových článků. Je jich všude dost, a jsou levné.“

Nová studie na využití výkalů vychází z poznatku, že vhodným nástrojem k výrobě elektřiny mohou být některé z mikroorganismů vyskytující se v předžaludcích skotu. Nálevníci bachořci, jak se tito mikrobi nazývají, jsou specializovaní na rozklad  celulózy a ve spolupráci s houbami a bakteriemi,  když se  jim předhodí vhodné krmivo jako je sláma, jsou schopni vyprodukovat čistou energii. Napětí takového palivového článku na bázi mikroorganismů z bachoru není sice nic moc, dosahuje pouhých 600 milivoltů, to je pro představu  jen polovinu napětí, které  poskytuje takzvaná dobíjecí tužková baterie (AA článek). Nicméně to ale zase není tak pesimistický údaj, jak by se na první pohled mohlo zdát. Články, jak známo, lze řadit do série, a tak se lze vhodným opatřením dobrat optimističtějších napěťových hodnot.

Jak to funguje

Produktem bakteriálního metabolismu jsou plyny jako jsou oxid uhličitý, sirovodík, vodík a celá řada dalších plynů. Tyto plyny vznikají za předpokladu, že se vše děje bez přístupu vzduchu. Mikroby vyskytující se v předžaludcích přežvýkavců jsou anaerobní tvorové a kyslík ke své činnosti nevyžadují. Zmínění mikrobi produkují smradlavý plyn, v němž je také vodík a právě na něm si  princip palivového článku přiblížíme. Základem palivového článku je získávání elektronů, které se „chytají do pasti“. Je to vlastně jakési „spalování“ plynů, od kterých se elektrony získávají, aniž by tyto plyny hořely. Palivo (vodík), se přivádí na kladnou elektrodu (anodu), kde se oxiduje (ztrácí elektron). Kyslík  (okysličovadlo) přichází na elektrodu zápornou (katodu) a podléhá tam redukci (přijímá elektron). V elektrolytu mezi oběma elektrodami se reakční produkty mísí a vzniká voda.

Zvětšit obrázek

Demonstrační skleněný (funkční) palivový článek ve kterém lze pozorovat proces během kterého mikroby z odpadních produktů vyrábí elektrický proud.

I když jsme si princip vysvětlili na vodíku, jak jsme na začátku řekli,  palivový článek pracuje i s dalšími plyny a sloučeninami, nejen s vodíkem. V palivovém článku lze například zužitkovat methanol, oxid uhelnatý, uhlovodíky jako je propan, bioplyn, a jako perličku lze uvést, že se podařilo vyvinout i palivový článek který přímo spaluje uhlí, pokud jej rozemelete na prach s velikostí zrnek jeden mikrometr.

Největší rozdíl mezi klasickým spalováním a „spalováním“ v palivovém článku je ten, že při tom klasickém se uvolňuje energie ve formě tepla a můžete se popálit, zatímco v palivových článcích se elektrony lapají na elektrodu a odvádějí se pryč ve formě čisté energie – energii elektrického proudu.

Princip palivového článku není žádná novinka, je znám již od devatenáctého století. V praxi se začal palivový článek uplatňovat ale až s nástupem letů člověka do kosmu. To co je na palivových článcích dramatické, je nárůst jejich výkonu. Zhruba Před dvěma lety se získávala z jednoho metru čtverečního plochy elektrod desetina wattu. V době, kdy se rozhodl jeden tým z Pensylvánské university zveřejnit své výsledky o dosažení výkonu 70 watů, tak než jejich článek v tisku vyšel, dosáhli v laboratoři dalšího zlepšení na 350 watů!

Studie, která nás zaujala a posloužila jako základ ke vzniku tohoto článku, byla zveřejněna před třemi dny  (31. srpna) na národním setkání členů Americké společnosti chemiků, která se konala ve Washington D.C. Jejími autory jsou Ann Christy, Rismani-Yazdi, kteří experiment s mikroby majícími původ v bachoru skotu,  provedli ve spolupráci s jejich kolegy  profesorem mikrobiologie Olli Tuovinenem a profesorem Burkem Dehoritem.

Zvětšit obrázek

Na myšlenku použít k provozu palivového článku mikroorganismy z bachoru a výkalů, přivedlo vědce vhodné složení bachorových plynů.

Vlastní pokus ověřování  vhodnosti bachorové mikroflóry pro palivové články probíhal následovně. Naplnili bachorovou tekutinou skleněné nádoby (Asi 30 cm vysoké s průměrem okolo dvaceti centimetrů). Nádoby byly odděleny speciální přepážkou, která dovolovala prostup protonů z místa se záporným nábojem (anody) do místa s kladným nábojem (katody). Když do anodové nádoby přidali slámu slámu, ukázalo se, že mikroby se dali do práce, produkovali plyn a článek začal vyrábět proud.
Při dalších pokusech se ukázalo, že nejen ve slámě, ale dokonce i ve výkalech skotu je dostatek nestrávené vlákniny (tedy energie),  k tomu, aby palivový článek byl funkční.

Takových bachořců je v jednom gramu obsahu předžaludku až milion. Bakteri, které je vidět jako řetízky na těle nálevníka, je v jednom gramu tráveniny je až sto milionů. Společně jsou schopni se postarat o zásobování palivového článku dostatkem paliva.

Podle výzkumníků  pracovaly palivové články na principu výkalů  déle než měsíc, aniž by přitom došlo k poklesu jejich napětí.

Nové na jejich pokusech je to, že se jim daří zužitkovat  obtížně rozložitelnou vlákninu - slámu, které je na farmách dost, a  je prakticky odpadem vznikajícím při pěstování obilí. Dokonce lze takto využít i zbytky  vlákniny, které zvířata vylučují ve formě exkrementů. Vědcům se to vše daří jen díky vhodné spolupráci, přičemž největší část práce v tomto případě vykonávají nálevníci bachořci a bakterie - obyčejní obyvatelé předžaludků domácích hospodářských zvířat.
Je možné, že zapáchající močůvkové jámy u kravínů  se díky těmto pokusům stanou minulostí. Místo nich by u farem mohly stát obrovské palivové články zásobující venkov levným elektrickým proudem.

Výzkum palivových článků pro zemědělce byl financován  ze státních zdrojů prostřednictvím Centra zemědělského výzkumu a vývoje ve Woosteru, stát Ohio, USA.
Pro ty, kteří by se snad chtěli u nás vydat obdobnou cestou, doplňujeme, že u palivového článku pracujícího na principu zužitkování výkalů, je  katodová komora plněna  ferikyanidem draselným. Ten se jako oxidační činidlo osvědčil nejlépe. Jako elektrody sbírající emitované elektorony byly použity obyčejné destičky z grafitu. Podle výzkumníků  tyto články pracovaly  déle než měsíc, aniž by došlo k poklesu jejich napětí.  Na elektrodách článku vědci naměřili maximální výstupní napětí 0,58 voltů. Není to sice moc, ale když uvážíte, že k tomu stačil obyčejný kravinec…

Komentář osla:
Ukazuje se, že problémem nebude nastupující energetická krize, ale zda k jejímu zvládnutí budeme mít dostatek výkalů?