Wissenschaftler der McGill University haben die Effizienz einer Methode zur Umwandlung von menschlichem Urin in saubere Energie verbessert.
Diese Methode beruht auf der Verwendung mikrobieller Brennstoffzellen, die mithilfe von Bakterien organische Abfälle in Elektrizität umwandeln und uns so eine nachhaltige und kostengünstige Möglichkeit bieten, Abwasser zu behandeln und Energie aus einer reichlich vorhandenen Quelle zu erzeugen. In dieser Studie bestimmten die Wissenschaftler die optimalen Urinkonzentrationen für diesen Prozess.
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"Wir wissen, dass mikrobielle Brennstoffzellen Abwasser reinigen und Elektrizität erzeugen, aber die genauen Auswirkungen unterschiedlicher Urinkonzentrationen auf ihre elektrochemische Funktion, ihre Effizienz bei der Beseitigung von Schadstoffen und das Verhalten der mikrobiellen Gemeinschaften sind noch unbekannt", erklärt Vijaya Raghavan, Mitautor der Studie und Professor für Bioressourcen-Engineering.
"Wir haben diese Fragen beantwortet, indem wir systematisch die Wirkung verschiedener Urinanteile auf die elektrochemische und biologische Leistung mikrobieller Brennstoffzellen untersucht haben", fügt er hinzu.
Laut Professor Raghavan könnte diese Methode zur Erzeugung sauberer Energie in Kontexten wie der ländlichen Sanitärversorgung, Katastrophenhilfe-Camps und netzunabhängigen Gemeinschaften eingesetzt werden. Darüber hinaus könnten mikrobielle Brennstoffzellen, da sich ihre elektrischen Signale je nach Grad der organischen Verschmutzung ändern, auch als kostengünstige Biosensoren fungieren, die es uns ermöglichen, die Abwasserqualität zu überwachen, ohne auf komplexe Geräte zurückgreifen zu müssen.
Eine verbesserte Leistung dank höherer Urinkonzentrationen
Das Forschungsteam baute vier mikrobielle Brennstoffzellen mit Doppelkammer und speiste sie mit Mischungen aus synthetischem Abwasser und menschlichem Urin in Konzentrationen von 20 %, 50 % und 75 %. Anschließend testeten sie die Zellen zwei Wochen lang, überwachten die Energieerzeugung, die Schadstoffbeseitigung und die Wasseraufbereitung und führten elektrochemische Tests durch.
Sie stellten fest, dass höhere Urinkonzentrationen (50 bis 75 %) die Stromerzeugung verbesserten und dass der Urin essentielle Nährstoffe lieferte, die das Mikrobenwachstum förderten.
"Urin enthält essentielle Ionen und organische Verbindungen, die eine schnelle mikrobielle Aktivierung ermöglichen, was die Energieproduktion und den Schadstoffabbau verbessert", erklärt Professor Raghavan.
Alle mikrobiellen Brennstoffzellensysteme enthielten eine Mischung aus Bakterien, aber die Wissenschaftler stellten fest, dass die Gattungen Sediminibacterium und Comamonas dominierten. Bakterien der Gattung Sediminibacterium waren in größerer Zahl vorhanden, wenn der Urin 50 % der Mischung ausmachte, während Bakterien der Gattung Comamonas bei höheren Urinkonzentrationen (75 %) häufiger vorkamen.
Da diese Mikroorganismen zum Abbau organischer Schadstoffe und zum Elektronentransfer in den Brennstoffzellen beitragen, könnten die Veränderungen in Bezug auf die dominanten Gattungen die Unterschiede in der Menge des von den Systemen erzeugten Stroms erklären, glauben die Wissenschaftler. Diese Erkenntnis zeigt ferner, dass die Menge des zugesetzten Urins stark die Arten der Mikroorganismen beeinflusst, die sich entwickeln, und die Effizienz des Systems, fügen sie hinzu.
Für Professor Raghavan stellen diese Ergebnisse einen wichtigen Schritt hin zu einer verbesserten Kreislaufwirtschaft dar.
"Die Nutzung von Urin als Ressource fördert nachhaltige Sanitärversorgung und Nährstoffrückgewinnung und verringert so den Druck auf Süßwassersysteme", schließt er.
Quelle: McGill University