Terwijl we nadenken over hoe we in de loop van de 21ste eeuw aan de toenemende energiebehoeften van de wereld kunnen voldoen, schommelt de discussie meestal tussen fossiele brandstoffen zoals steenkool, olie en aardgas en opkomende alternatieve energiebronnen zoals wind- en zonne-energie . In toenemende mate onderzoeken wetenschappers en ingenieurs de mogelijkheid om een onwaarschijnlijke brandstofbron aan te boren om elektriciteit op te wekken: het afvalwater dat we routinematig door de afvoer spoelen.
Eerder deze week kondigden de ingenieurs van Oregon State University een nieuwe vooruitgang aan in microbiële brandstofcellen die elektriciteit opwekken uit afvalwater. Zoals beschreven in een artikel in het tijdschrift Energy and Environmental Science, hebben ze een technologie ontwikkeld die bacteriën gebruikt om energie uit de biologisch afbreekbare componenten van rioolwater te winnen met een snelheid die 10 tot 50 keer efficiënter is dan eerdere methoden.
Ingenieur Hong Liu werkt met de brandstofcel in het lab. (Foto via Oregon State University) "Als deze technologie op commerciële schaal werkt zoals wij denken, zal de behandeling van afvalwater een enorme energieproducent zijn, geen enorme energiekosten, " zei Hong Liu, een van de auteurs van de studie. "Dit kan wereldwijd een impact hebben, veel geld besparen, een betere waterbehandeling bieden en de duurzaamheid van energie bevorderen."
Op dit moment verbruiken conventionele methoden om afvalwater te zuiveren veel energie - ongeveer drie procent van alle elektriciteit die in het land wordt gebruikt, schatten experts. Als wetenschappers in staat zijn om een efficiënte manier te vinden om elektriciteit op te wekken als onderdeel van het proces, kunnen ze deze vergelijking op zijn kop zetten. Het concept bestaat al enige tijd, maar pas sinds kort hebben praktische vorderingen ons dichter bij het commercieel gebruik van het principe gebracht.
Eerdere methoden waren gebaseerd op anaerobe vergisting, waarbij bacteriën biologisch afbreekbare elementen in afvalwater afbreken in afwezigheid van zuurstof en methaan (aardgas) produceren als bijproduct. Dit gas kan vervolgens worden opgevangen en als brandstof worden verbrand.
De technologie van het Oregon State-team maakt daarentegen gebruik van het biologisch afbreekbare materiaal in afvalwater om aerobe bacteriën te voeden, die de stoffen verteren met behulp van zuurstof. Wanneer de microben deze componenten van afvalwater oxideren - en op hun beurt het water reinigen - produceren ze een gestage stroom elektronen. Terwijl de elektronen binnen een brandstofcel van de anode naar de kathode stromen, produceren ze een elektrische stroom, die direct als stroombron kan worden gebruikt. Bovendien reinigt dit proces het water effectiever dan anaerobe vergisting en produceert het geen ongewenste bijproducten.
In het laboratorium produceerde de opstelling van het team - die eerdere ontwerpen verbetert met dichter op elkaar staande anoden en kathoden en een nieuw materiaalscheidingsproces dat de organische inhoud van afvalwater in een meer geconcentreerde vorm isoleert - meer dan twee kilowatt per kubieke meter afvalwater, een aanzienlijk grotere hoeveelheid dan eerdere anaerobe vergistingstechnologieën. Ter vergelijking: het gemiddelde Amerikaanse huishouden gebruikt op elk willekeurig moment ongeveer 1, 31 kilowatt elektriciteit. Het nieuwe apparaat kan op elk soort organisch materiaal werken - niet alleen afvalwater, maar ook stro, dierlijk afval en bijproducten van de industriële productie van bier en zuivelproducten.
De onderzoekers zeggen dat ze de technologie op een behoorlijk grote schaal in het lab hebben bewezen en klaar zijn om over te gaan tot een grootschalige pilotstudie. Ze zoeken financiering om een grootschalige brandstofcel op te zetten, idealiter in combinatie met een voedselverwerkende fabriek, die een consistente en grote stroom afvalwater zou produceren. Ze voorspellen dat, zodra de technologie is bewezen en de bouwkosten omlaag gaan, de toepassing van dit soort afvalwaterverwerking goedkope duurzame elektriciteit zal produceren en de kosten van de verwerking van afvalwater zal verlagen.
Deze technologie zou vooral aantrekkelijk zijn in een ontwikkelingsland, waar het onmiddellijk twee problemen zou oplossen: een gebrek aan goedkope elektriciteit en een tekort aan schoon water. Onderzoek naar het verbeteren van de efficiëntie van het proces is nog steeds gaande, maar het lijkt erop dat de dagen van het doorspoelen van energie door het toilet snel voorbij zullen zijn.
