טכנולוגיה חדשנית תוצרת ישראל: ייצור חשמל מחיידקים

ד"ר רבקה כהן מהמחלקה להנדסת כימיה וד"ר אלכס שכטר מהמחלקה לכימיה ביולוגית מאוניברסיטת אריאל פתחו מתקן של תאי דלק מיקרוביאלים לייצור חשמל וטיפול בשפכים

מדובר בטכנולוגיה מהפכנית שבה מנצלים את היכולת הטבעית של החיידקים לפרק מגוון מזהמים. התהליך מתבצע במתקן מיוחד שנבנה במעבדות באוניברסיטת אריאל ומאפשר את קצירת האלקטרונים הנוצרים בתהליך לייצור חשמל. בתהליך זה אין תוצרי לוואי ופליטת גזי חממה שואפת לאפס.

אחת הבעיות בייצור חשמל במתקנים של תאי דלק מיקרוביאלים זה עלות הזרז מסוג פלטינה (Pt) הנפוץ ביותר במתקנים אלו. במעבדות המחקר של ד"ר כהן וד"ר שכטר סנתזו זרז חדשני המבוסס על היסוד רותניום (Ru), זול פי 20 מפלטינה.

"חיידקים הם יצורים חד תאים" מסבירה ד"ר רבקה כהן, "המסוגלים לפרק תרכובות אורגניות מגוונות כגון תרכובות נפט, ממסים אורגניים וחומרי הדברה". במתקן של תא דלק מיקרוביאלי מתבצעת המרה של אנרגיה כימית הנמצאת במקורות מזון, לזרם חשמל. מתקן של תא דלק מיקרוביאלי טיפוסי מכיל שני תאים: תא אנודה המכיל חיידקים ותא קתודה, בכל אחד מהתאים מצויה אלקטרודה. בתא האנודה החיידקים מבצעים תהליך של פרוק חומרי המזון: שפכים ביתיים, שפכים תעשייתיים תרכובות נפט חומרי הדברה ועוד מגוון רב של מזהמים סביבתיים, המשמשים כמצע לגידולם ולהפקת אנרגיה כימית (ATP).

תוך כדי התהליך משתחררים אלקטרונים ופרוטונים. האלקטרונים נמסרים מהחיידק לאנודה ולאחר מכן עוברים דרך חוט מוליך חיצוני מהאנודה לקתודה. הפרוטונים עוברים מתא האנודה לתא הקתודה דרך ממברנה ייחודית לפרוטונים. כתוצאה מכך בתא הקתודה (על האלקטרודה) מתבצע תהליך חיזור של חמצן למים וסגירת מעגל חשמלי.

לצורך חיזור החמצן בתא האנודה דרוש זרז כימי, הזרז הנפוץ הינו מתכת פלטינה, יקרה. במחקר שבוצע באוניברסיטת אריאל סנתזנו זרז כימי על בסיס Ru, זול מפלטינה פי 20 ויעיל כמו פלטינה.

"לסיכום", אומרים באוניברסיטה "התהליך המתרחש בתא הדלק המיקרוביאלי הינו לא רק טיפול בשפכים אלא גם יצירת זרם חשמל. בעתיד אנו צופים שבכל תעשייה יבנה מתקן של תא דלק מיקרוביאלי ליצירת חשמל ולטיפול בשפכים".