Warm en zout afvalwater is een bijproduct van veel industrieën, inclusief olie- en gasproductie, zeevruchten verwerking en textiel verven. KAUST-onderzoekers onderzoeken manieren om dergelijk afvalwater te ontgiften en tegelijkertijd elektriciteit op te wekken. Ze gebruiken bacteriën met opmerkelijke eigenschappen:het vermogen om elektronen buiten hun cellen over te brengen (exo-elektrogenen) en het vermogen om extreme temperaturen en zoutgehalte te weerstaan ​​(extremofielen).

De onderzoekers, onder leiding van Pascal Saikaly, water gebruikt dat is verzameld uit drie diepwaterpekelbassins in de Rode Zee om prototypen van microbiële elektrolysecellen (MEC's) te vullen, ook wel brandstofcellen genoemd. "De pekelbaden van de Rode Zee zijn goede plaatsen om extremofiele bacteriën te vinden, omdat ze tot de meest extreme natuurlijke omgevingen ter wereld behoren, met een zoutgehalte tot 25% en temperaturen hoger dan 46°C, " legt hoofdauteur en voormalig PhD-student en postdoc van KAUST uit, Noura Shehab. "Echter, hun potentieel voor elektriciteitsopwekking is niet eerder onderzocht."

Typisch, MEC's ​​hebben de vorm van glazen flessen, die zijn gevuld met afvalwater, en bevatten steriele grafiet- en roestvrijstalen elektroden. "Elke aanwezige exo-elektrogene bacteriën kunnen organisch materiaal in het afvalwater oxideren, het genereren van elektronen die naar de positieve elektrode worden getransporteerd. Wanneer een kleine spanning op het systeem wordt toegepast, de elektronen combineren met protonen in het water bij de negatieve elektrode, waterstofgas produceren, " legt co-auteur Krishna Katuri uit. Dus, ze reinigen tegelijkertijd het water en genereren waterstof, een schone, vervoerbare brandstof.

In dit onderzoek, MEC's ​​met water uit één pekelbad, Valdivia, genereerde bijna twee maanden lang een stabiele elektrische stroom, bestand tegen temperaturen van 70°C en 25% zoutgehalte. Genetische analyse van de biofilm van micro-organismen die de anode koloniseerden, toonde een groot deel van het geslacht Bacterioides aan en significant meer van deze bacteriën dan in de oorspronkelijke monsters werden gevonden. Deze verrijking van de biofilm door Bacterioides laat zien dat leden van dit geslacht een sterk potentieel hebben om te gedijen onder extreme omstandigheden, terwijl er elektrische stroom wordt opgewekt.

Nu een hoofdtechnoloog in de industrie, Shehab is trots op deze eerste studie om de pekelbaden van de Rode Zee te onderzoeken als een nieuwe bron van exo-elektrogene bacteriën. "We hebben niet alleen aangetoond dat exo-elektrogenen in deze omgevingen aanwezig zijn, maar ook dat ze kunnen worden gebruikt om MEC's ​​uit te voeren onder uitdagende omstandigheden met hoge temperaturen en een hoog zoutgehalte, " ze zegt.

De onderzoekers onderzoeken nu manieren om MEC's ​​te verrijken met andere bacteriën die bekend staan ​​als elektrotrofen, die elektronen kunnen opnemen, ook uit de Rode Zee. "Deze hebben het potentieel om afvalproducten om te zetten, zoals koolstofdioxide, in waardevolle chemische producten, zoals methaan en acetaat, " legt Saikaly uit.