Het veranderen van de oppervlaktechemie van elektroden leidt tot de preferentiële groei van een nieuwe elektroactieve bacterie die een verbeterde energieneutrale afvalwaterzuivering zou kunnen ondersteunen.

Groeien, elektroactieve bacteriën breken organische verbindingen af ​​door elektronen over te brengen naar vastestofsubstraten buiten hun cellen. Wetenschappers hebben dit proces gebruikt om apparaten aan te drijven, zoals microbiële elektrochemische systemen, waar de bacteriën als een film op een elektrode groeien, het afbreken van de organische verbindingen in afvalwater en het overbrengen van de resulterende elektronen naar de elektrode.

Wetenschappers zoeken nu naar manieren om dit proces te verbeteren, zodat het waterstofgas produceert bij een negatief geladen kathode-elektrode. die vervolgens kan worden omgezet in elektriciteit om afvalwaterzuiveringsinstallaties van stroom te voorzien. Hiervoor zijn elektroactieve bacteriën nodig die elektronen efficiënt overbrengen naar een positief geladen anode-elektrode die geen waterstof gebruikt voor hun groei.

Krishna Katuri, een onderzoekswetenschapper in het lab van Pascal Saikaly, en collega's hebben nu een nieuwe elektroactieve bacterie gevonden, genaamd Desulfuromonas acetexigens, die bij voorkeur groeit wanneer de oppervlaktechemie van de anode op een specifieke manier wordt veranderd. De bacterie produceert een hogere stroomdichtheid dan de belangrijkste stroomproducerende bacterie, Geobacter zwavelreducens, en in een kortere tijd.

"We beschouwen dit als een baanbrekende ontdekking in het veld, ' zegt Katuri.

Bij het aanpassen van de oppervlaktechemie, de onderzoekers veranderden grafietelektroden om amino te produceren, carboxyl- en hydroxidegroepen op hun oppervlak. Wanneer slib en acetaat, een organische verbinding die als diervoeder wordt gebruikt, werden samen met de elektrode in een glazen kamer geplaatst, bacteriën groeiden snel op het oppervlak van de elektrode. Analyses onthulden dat D. acetexigens bij voorkeur snel groeide op de gemodificeerde elektroden, terwijl G. sulfurreducens groeide op conventioneel gebruikte ongemodificeerde elektroden die als controles werden getest.

Verdere analyses toonden aan dat D. acetexigens binnen 20 uur na het begin van het proces een stroomdichtheid van ongeveer 9 ampère per vierkante meter genereerde, vergeleken met slechts 5 ampère per vierkante meter in 72 uur door G. sulfurreducens.

Ook, D. acetexigens gebruikt geen waterstof als voeding. Dit betekent dat een microbiële elektrochemische reactor die afvalwater behandelt, de door deze bacterie geproduceerde elektronen en protonen zou kunnen combineren om waterstofgas aan de kathode te genereren.

"We zijn vervolgens van plan om te bestuderen hoe D. acetexigens elektronen overdragen en om te leren hoe ze hun activiteit aan de anode kunnen maximaliseren, ", zegt Saikaly. "We bouwen ook een microbiële elektrolysecelreactor op pilootschaal om huishoudelijk afvalwater met deze bacterie te behandelen en waterstofgas als energie terug te winnen. In de pilotreactor worden zonnepanelen geïntegreerd met als doel om met zonne- en waterstofenergie een energieneutrale of mogelijk zelfs energiepositieve afvalwaterzuivering te realiseren."