Nemcsak „bio”, újratölthető is az a baktériumok hajtotta elem, amelynek működését kifejlesztői, a hollandiai Wageningen Egyetem kutatói nemrégiben mutatták be az American Chemical Society környezettudományi szaklapjában. A speciális akkumulátorban az áramtermelő baktériumok – a folyamatot némiképp leegyszerűsítve – ecetsav vizes oldatából csiholnak elektromosságot. A kutatók a Napból nyerhető energia ciklikusságát szimulálva olyan bioelemet fejlesztettek, amely 16 órán át töltődik, majd az eltárolt energiát 8 órán keresztül egyenletesen adja le.

Újdonságnak hathat, pedig a bioelem ötlete meglehetősen régi: először a múlt század hajnalán pattant ki Michael Potter brit botanikus fejéből. Potter élesztővel és E.coli baktériummal kísérletezett. Miután akkoriban a ma már rutinnak számító baktériumtenyésztés még gyerekcipőben járt, a kísérletekre a szélesebb közönség nemigen kapta fel a fejét.

Mintegy húsz évvel később, Barnett Cohen amerikai bakteriológus vélt kiaknázatlan lehetőségeket felfedezni angol elődje munkásságában. Több tucatnyi baktériumok hajtotta elektromos cella összekötésével sikerült is 2 milliampernyi (35 Volt) áramot termelnie. Az általa épített bioelem azonban olyan bonyolultnak bizonyult, hogy energiaforrásnak nem volt valami praktikus. Olyannyira, hogy a múlt század közepétől a bioelemek teljesen eltűntek a laboratóriumi asztalokról.

Baktériumból energiát

A bakteriális „minierőművekkel” való kísérletezgetés az 1980-as években kezdett éledezni Csipkerózsika-álmából. Arra csak az ezredforduló környékén jöttek rá, milyen – az elektronokat az anódra kémiai közvetítő közeg nélkül továbbítani képes – baktériumtörzsek alkalmazása egyszerűsíti az efféle áramtermelést. A megfelelő egysejtűek (például a mangánt is evő Shewanella oneidensis, vagy az étrendjükben többféle fémet felvonultató Geobacter-család tagjai) a legújabb elképzelések szerint szerves hulladékok egész garmadájának, szennyvíztelepeknek a hasznosításával ipari mennyiségű áramot is tudnának termelni.

Már csak az ipari alkalmazást kell megoldani

A baktériumok működtette áramforrásban az anód köré gyűjtött szerves hulladék oxidálódik, majd az így kialakult környezetben az egysejtűek elektronokat adnak le az anódnak. Az elektronok innen egy külső áramkörön keresztül jutnak a katódra. A katód körüli elektronok és a protonok a levegő oxigénjével egyesülve vízzé alakulnak, így őrizve meg a rendszer elektrokémiai egyensúlyát – egyszerűsíti le a folyamatot a témában kutatótársaival idén januárban publikáló Washington Logrono, a Szegedi Tudományegyetem környezettudományi biomérnöke.

Mindezzel az a legnagyobb probléma – olvasható a Chemical Society Reviews múlt hónapi, Harvest and utilization of chemical energy in wastes by microbial fuel cells című összefoglaló tanulmányában –, hogy az így termelt energia mintegy kétharmadát a mai technológiával még lehetetlen hasznosítani. A sikerekkel kecsegtető kísérletek nagy részét ráadásul nem „élesben”, valódi szennyvíztelepeken, hanem Petri-csészékben tenyésztett baktériumcsaládokkal végezték.

A baktériumelemek teljesítményének a növelésére mindenestre többféle forgatókönyvet is kidolgoztak már. A jelek szerint nem mindegy például, hogy az egysejtűek fogyasztotta hulladékoknak milyen a tápanyagösszetétele. Javíthatja a hatékonyságot, ha az anód és a katód között egy irányba áramoltatják a folyadékot, vagy ha az elektródák porózus, a simánál lényegesen nagyobb felületet biztosító anyagból készülnek. Noha ez ma még nemigen látszik, a bioelemek tökéletesítésén fáradozók szerint idővel nemcsak környezetkímélőbbek és lényegesen olcsóbbak, hanem a lítiumionokkal működtetettekhez hasonló hatékonyságúak is lehetnek a baktérium-telepek.