استفاده از فاضلاب برای تولید برق، یکی از روش‌های نوآورانه و جدید است که در صورت موفقیت در مقیاس گسترده، به طرز چشمگیری به صرفه‌جویی در مصرف انرژی کمک خواهد کرد.
از سال ۱۹۱۱ تا کنون، دانشمندان در تلاش بودند تا از توان پیل‌های سوختی میکروبی برای تولید الکتریسیته بهره بگیرند، پس از آنکه مایکل کرسه پاتر، یک قارچ‌شناس بریتانیایی، کشف کرد که مخمر آبجو قادر به تولید برق است. اما راکتورهای زیستی کوچک و نوپا برای استفاده عملی با بازدهی بسیار پایینی مواجه بودند. همچنین، به نظر می‌رسد که میکروب‌ها در انتخاب منابع مورد استفاده برای تولید الکتریسیته بسیار انتخاب‌گرا هستند.
به نقل از ساینس آلرت، در حال حاضر تیمی از محققان در مؤسسه فناوری فدرال لوزان سوئیس (EPFL) موفق به مهندسی باکتری رایج به نام اشریشیا کلی (E.coli) برای تولید برق از فاضلاب کارخانه‌های تولید آبجو شده‌اند. این روش بهره‌برداری از آخرین پیشرفت‌های در زمینه مهندسی زیستی را نشان می‌دهد.
آردمیس بوقوسیان، مهندس شیمی از EPFL و یکی از نویسندگان مقاله، اظهار داشت: «میکروب‌های عجیبی وجود دارند که به طور طبیعی قادر به تولید الکتریسیته هستند، اما این قابلیت را فقط در حضور مواد شیمیایی خاص دارند. E.coli می‌تواند در شرایط مختلف و در منابع متنوع رشد کند، این امر به ما این اجازه را می‌دهد که در محیط‌های مختلف مانند فاضلاب، الکتریسیته تولید کنیم.»
برای تقویت توانایی E.coli در تولید برق، محققان ژنوم این باکتری را به گونه‌ای اصلاح کردند که دستورالعمل‌های مرتبط با مجتمع‌های پروتئینی موجود در یکی از مهندسی‌شده‌ترین باکتری‌های تولید کننده برق به نام شوانلا انیدنسیس (Shewanella oneidensis) را دربرگیرد. Shewanella oneidensis وقتی فلزات را کاهش می‌دهد، جریانی از الکترون تولید می‌کند. این سیگنال الکتریکی به عنوان مثال در تشخیص فلزات سنگین مانند آرسنیک در سیستم‌های نمونه‌گیری اولیه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
محمد محب، نویسنده اصلی این مطالعه و همکارانش، با تجمیع تمام اجزای مسیر تولید الکتریسیته توسط Shewanella oneidensis در باکتری اشریشیا کلی، توانستند فعالیت الکتریکی آن را نسبت به باکتری‌های مهندسی‌شده قبلی که تنها بخشی از مسیر Shewanella oneidensis را داشتند، دو برابر افزایش دهند.
با این حال، با وجود نتایج امیدوارکننده این آزمایش، آزمون واقعی برای هر تکنولوژی بالقوه باید نشان دهد که چگونه در محیط‌های صنعتی عمل می‌کند.
تحقیقات پیشین، به بررسی استفاده از جلبک‌ها در فرآیند تصفیه فاضلاب کارخانه‌های آبجوسازی پرداخته‌اند. در واقع، کارخانه‌های تولید آبجو می‌بایست قبل از دفع آب مورد استفاده برای شستشوی غلات و مخازن خود، اقدام به فرآوری آن نمایند. این آب حاوی ترکیباتی از جمله قندها، نشاسته‌ها، الکل‌ها و مخمرهاست که اگر تصفیه نشوند، ممکن است منجر به رشد ناخواسته باکتری‌های مضر شوند.
تیم تحقیقاتی یک نمونه از فاضلاب یک کارخانه آبجوسازی محلی در لوزان سوئیس را جمع‌آوری کرده و با استفاده از سیستم E.coli تغییر یافته‌ای که آن‌ها ایجاد کرده‌اند، آن را مورد آزمایش قرار دادند. نتایج نشان دادند که باکتری‌های تغییر یافته در مدت زمان بیش از ۵۰ ساعت، تمام مواد موجود در نمونه فاضلاب را تصفیه کرده و هضم کرده‌اند. به عبارت دیگر، این باکتری‌های مهندسی‌شده به طور تدریجی از مواد آلاینده نمونه فاضلاب تغذیه کردند.
محققان تأکید می‌کنند که آزمایش‌ها نشان می‌دهد که باکتری‌های E.coli تغییر یافته به عنوان گزینه‌ای بهتر و مناسب‌تر برای تصفیه فاضلاب‌های صنعتی هستند، حتی اگر توانایی تولید الکتریسیته آن‌ها کمتر از باکتری شوانلا انیدنسیس باشد. اشتهای باکتری E.coli برای تخلیه و هضم ترکیبات شیمیایی متنوع موجود در فاضلاب نشان می‌دهد که احتمالاً می‌توانند با مواد آلاینده و منابع مختلف دیگر نیز سازگاری پیدا کنند.
با این وجود، محققان نیاز به مراحل بعدی تحقیقات را احساس می‌کنند تا بررسی کنند آیا باکتری‌های E.coli تغییر یافته می‌توانند حجم‌های صنعتی از فاضلاب را به طور مؤثری تصفیه نمایند یا خیر. در صورت موفقیت در این مراحل، استفاده از این فناوری به میزان قابل توجهی به صرفه‌جویی در مصرف انرژی و مواد آلاینده خواهد انجامید. به عبارت دیگر، مطالعات انجام شده نشان می‌دهد که به جای صرف انرژی در سیستم‌های فرآوری زباله‌های آلی، می‌توان با یک تیر دو نشان زد و همزمان با تصفیه فاضلاب، الکتریسیته تولید نمود.
این نتایج مطالعه در ژورنال “جول” منتشر شده است.
نظرات کاربران