Учёные из Института проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН) создали прототип специального прибора для переработки бытового мусора в условиях космического полёта. Внутри него поселят колонию микроорганизмов, которая, помимо прочего, будет вырабатывать электричество для питания различных устройств на Международной космической станции (МКС). На сегодняшний день данный биотопливный элемент может функционировать автономно до 400 часов. При этом его будут применять не только в космосе, но и на Земле, где технология микробиологической утилизации органических отходов в сегодняшних реалиях чрезвычайно востребована.
Предполагается, что космонавты смогут складывать в прибор бытовые отходы, такие как, например, целлюлозные салфетки. Подобным мусором и будут питаться микроорганизмы. К контейнеру будет подключена установка с двумя электродами, а в роли накопителя выступит аккумулятор. Использовать полученную при утилизации электроэнергию можно будет для питания различных устройств корабля. Важность биотопливного элемента обусловлена, в частности, тем, что отходы на МКС девать некуда: приходится возвращать их на Землю или сбрасывать в космос.
Вес прибора составляет около двух килограммов. Он представляет собой сравнительно небольшую коробку, в которой с двух концов размещены электроды — анод и катод. Сама она разделена на две части с помощью мембраны. Бактерии играют роль катализатора электрохимической реакции — в пространстве вокруг анода они «питаются» топливом, которым служит бытовой мусор. В результате переработки вырабатываются свободные электроны, которые движутся к катоду и вступают во взаимодействие с окислителем. Последним может служить, к примеру, кислород. Реакция окисления, сопряжённая с реакцией восстановления окислителя, даёт возможность получить электроэнергию. Топливом могут служить любые биоразлагаемые отходы как в твёрдом, так и в жидком состояниях. Вырабатываемое в результате их окисления электричество космонавты смогут запасать в стационарных аккумуляторах, а также в конденсаторах или редокс-батареях для дальнейшего использования. Время автономной работы устройства зависит от типа топлива. Когда он отработает 400 или более часов, его заполнят новыми бактериями. Такой цикл может повторяться многократно. Исследователи утверждают, что в дальнейшем прибор будет усовершенствован и сможет работать ещё дольше. Для этого нужно будет собрать группу учёных и инженеров из смежных отраслей — микробиологии, генетики и электрохимии.
Следите за развитием событий в нашем Телеграм-канале
Если говорить о возможной продолжительности автономной работы биотопливного элемента, то главная проблема в этом вопросе заключается в том, что бактерии, как и все живые организмы, умирают.
«Сейчас мы подбираем некий симбиоз микроорганизмов, которые бы жили своей маленькой экосистемой. Такие системы хороши тем, что они автономны и работают сами по себе. Однако мощность, которая вырабатывается, пока мала», — цитируют «Известия» главного научного сотрудника Центра компетенций Национальной технологической инициативы ИПХФ РАН Екатерину Золотухину.
Для того чтобы подобрать оптимальный состав колоний микроорганизмов, которые смогут в будущем отправиться в космос, ученые из ИПХФ РАН начали совместную работу с ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов». Прежде там уже занимались разработкой приборов, работа которых основана на анаэробных бактериях Shewanella. Они активны в инертной атмосфере, а на воздухе гибнут. Исследователи собираются проводить эксперименты как с уже существующими микробами, так и создавать генно-модифицированные бактерии с заданными свойствами.
Метод получения электроэнергии благодаря жизнедеятельности микроорганизмов сам по себе не является новым. Однако в космосе данную технологию пока что ещё никто не применял, подчеркнула, в свою очередь, завкафедрой органической и экологической химии ТюмГУ Гульнара Шигабаева.