Odpady z kukurydzy oferują coś więcej niż tylko etanol

Odpady z kukurydzy oferują coś więcej niż tylko etanol

Kukurydzę uprawia się dla ziaren z kolb, albo jako paszę dla bydła. Po zbiorach rolnicy przeważnie zostawiają źdźbła i łodygi kukurydzy na polu. Tymczasem badania dowiodły, że można z nich uzyskać etanol, z którego następnie wytwarza się energię. Naukowcy z Penn State poszli o krok dalej. Ich zdaniem elektryczność można wytwarzać bezpośrednio z wymłóconej słomy kukurydzy.

Źdźbła i liście kukurydzy, których co roku gromadzi się 250 milionów ton, stanowią jedną trzecią całkowitej produkcji odpadów stałych w USA. Obecnie 90 % słomy z kukurydzy pozostaje niezagospodarowane na polu. Składa się ona w 70 procentach z celulozy i hemicelulozy, złożonych węglowodanów zablokowanych w łańcuchach.

Obecnie etanol jest produkowany przy użyciu celulozy, która jest składnikiem łodyg kukurydzy. Uzyskuje się go poprzez ekstrakcję parową słomy kukurydzianej. Według dr Bruce’a E. Logana, profesora inżynierii środowiska, wystarczy że w procesie pojawią się cukry, a możliwe staje się wytworzenie elektryczności bezpośrednio z kukurydzy. Logan opracował metodę, w której wykorzystuje mikrobiologiczne ogniwa paliwowe do przetworzenia substancji organicznej w elektryczność. Ekstrakcja parowa uwalnia cukry organiczne i inne związki chemiczne z odpadów kukurydzy. Uwalniane związki mogą zasilać mikrobiologiczne ogniwa paliwowe.

Ogniwa zbudowane są z dwóch elektrod i bakterii beztlenowej. Bakteria zużywa cukry i inne substancje organiczne oraz wyzwala elektrony, które przemieszczają się do anody, a następnie przewodem przepływają do katody, wytwarzając tym samym prąd elektryczny. Woda w ogniwach paliwowych dostarcza dodatnie jony wodoru, które mieszają się z elektronami i tlenem tworząc tlenek wodoru.

Wcześniejsze badania wykazały, że mikrobiologiczne ogniwa paliwowe mogą wytworzyć prąd ze ścieków i pożywki biologicznej zwierającej glukozę. Aktualnie okazało się, że kolonia bakterii może odżywiać się również glukozą pochodzącą ze słomy kukurydzianej.

Badacze twierdzą, że konwersja substancji organicznych na elektryczność oparta na ograniczaniu biologicznego zapotrzebowania na tlen (BOD), była stosunkowo wysoka. W procesie wskaźnik BOD udało obniżyć się o około 93%. Ostatecznie nie pozostaje żadna substancja organiczna, która mogłaby stwarzać problemy podczas usuwania pozostałej cieczy, ponieważ proces przekształca całą dostępną energię w elektryczność. Produkcja elektryczności wynosi około jednego wata na metr kwadratowy powierzchni przy napięciu około 0,5 volta. Żeby zwiększyć moc należy zwiększyć powierzchnię na której zachodzi proces. Z kolei aby zwiększyć napięcie można połączyć ogniwa w szereg (analogicznie jak klasyczne baterie kwasowe).

Oprócz dr Logana w skład zespołu badawczego wchodzą, Yi Zuo, absolwent inżynierii środowiska Uczelni Penn State, oraz Pin-Ching Maness, naukowiec z National Renewable Energy Laboratory. Badanie jest finansowane przez U.S. Department of Agriculture i National Science Foundation.

Zdaniem Logana produkcja elektryczności z cukrów uzyskanych ze słomy kukurydzianej powiększa liczbę czystych metod produkcji energii.

(au)