Prosinec 2006

Elektřina z kukuřičných polí

Jan Novák

Vyrábět na polích paliva, která by nahradila fosilní zdroje, je jednou z nejperspektivnějších cest alternativní energetiky řešící současně i problém nadprodukce zemědělských plodin a ekonomického rozvoje venkova. Ještě lepší by ale bylo z rostlin - například kukuřice - vyrábět přímo elektřinu bez spalování v generátorech. Na první pohled poněkud šílený nápad, přesně o to se ale snaží odborníci z Pennsylvania State University.

"Až dosud se výzkumníci snaží z rostlinné celulózy vyrábět jenom etanol jako palivo," konstatuje profesor ekologického inženýrství Bruce E. Logan. "Samozřejmě, udělat z kukuřice cukr a pak etanol není žádný problém. Jenže když už jednou máte cukr, šlo by z něj přímo získávat i elektrickou energii," tvrdí.

Mikrobiální palivový článek

Vědci z Penn State pro výrobu elektřiny z kukuřice využívají takzvané mikrobiální palivové články. V principu jde o jednoduché zařízení skládající se ze dvou elektrod a roztoku, v němž plavou anaerobní bakterie, tj. bakterie žijící v prostředí bez kyslíku. Oblast katody je od anody oddělena polopropustnou membránou - zatímco na katodě dochází k okysličování, v okolí anody musí mít bakterie přísně bezkyslíkaté prostředí.

Když mikroorganismům nabídneme cukry nebo některé jiné organické materiály, začnou je zpracovávat prostřednictvím metabolických procesů, přičemž uvolňují elektrony. Ty putují k anodě a po propojení elektrického obvodu skrz něj ke katodě - tak vzniká elektrický proud. Zdrojem kladných nábojů jsou vodíkové kationty z vodního roztoku, dalším produktem procesu je voda. Vědci už ale vyzkoušeli i upravený mikrobiální palivový článek, který vyrábí přímo vodík.

Mikroorganismy "pracující" v článcích jsou druhy běžně žijící v odpadních vodách z domácností. Po jejich naočkování do roztoku obsahujícího glukózu brzy vznikne početná kolonie. Pak už stačí jen průběžně přidávat vhodně upravené rostlinné odpady nebo jiný organický materiál.

Mikrobiální palivové články se v laboratořích už dříve osvědčily při výrobě elektrické energie z komunálních odpadních vod. Přeměna rostlinného odpadu na elektřinu by ale byla ještě výhodnější. Jen v USA po výrobě kukuřičného zrna ročně zůstává přibližně 250 milionů tun listů a stonků, přičemž jde o třetí největší zdroj pevného odpadu v zemi. Celých 90 procent tohoto množství proto zůstává bez užitku ležet na polích.

Na každý metr jeden watt

Odpad z výroby kukuřice přitom představuje obrovský zdroj energie - přibližně 70 procent jeho hmoty tvoří celulóza nebo hemicelulóza, tedy komplexy jednodušších uhlovodíků pospojovaných do řetězců. Tyto řetězce lze poměrně snadno rozpojit tak, aby vznikly cukry a další organické sloučeniny vhodné jako palivo pro mikrobiální palivové články.

Činnost mikrobiálních palivových článků vyniká vysokou účinností. Prakticky nezůstávají organické zbytky, ale na elektřinu se promění veškerá dostupná energie obsažená v biomase. Poněkud horší je to s výkonem. Z jednoho čtverečního metru aktivního povrchu článku lze získat přibližně jeden watt při napětí půl voltu. Pro zvýšení výkonu je proto třeba zvětšit plochu, pro zvýšení napětí řadit mikrobiální palivové články do série.

Ve skutečnosti není nízký výkon takový problém a lze jej vyřešit při úpravách principu pro praktické využití. Kolonie bakterií mohou například růst na materiálech s velkým vnitřním povrchem, takže rozměry článku budou poměrně malé.

"Přímá výroba elektrické energie z upraveného kukuřičného odpadu může být vítaným přírůstkem do portfolia alternativních obnovitelných zdrojů, které máme k dispozici," tvrdí profesor Logan, "ze všeho nejdřív by mohla najít využití na farmách, například při čerpání vody, osvětlení a vytápění. Může ale být také jedním ze zdrojů vodíku pro energetiku založenou na využití tohoto plynu."

(Lidové noviny, www.lidovky.cz)