Ingenieurs van de Oregon State University hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het produceren van elektriciteit uit rioolwater, door het gebruik van nieuwe coatings op de anodes van microbiële elektrochemische cellen die de elektriciteitsproductie ongeveer 20 keer verhoogden.

De bevindingen, zojuist online gepubliceerd in Biosensoren en bio-elektronica, een vakblad, brengen de onderzoekers een stap dichter bij technologie die bioafval zou kunnen opruimen en tegelijkertijd bruikbare hoeveelheden elektriciteit produceert - een veelbelovende nieuwe innovatie op het gebied van afvalwaterzuivering en hernieuwbare energie.

Ingenieurs ontdekten dat door grafietanodes te coaten met een nanodeeltjeslaagje van goud, de productie van elektriciteit nam 20 keer toe. Coatings met palladium gaven een toename, maar lang niet zoveel. En de onderzoekers geloven dat coatings van nanodeeltjes van ijzer - wat een stuk goedkoper zou zijn dan goud - een elektriciteitstoename zouden kunnen veroorzaken die vergelijkbaar is met die van goud, voor ten minste sommige soorten bacteriën.

"Dit is een belangrijke stap in de richting van ons doel, " zei Frank Chaplen, een universitair hoofddocent biologische en ecologische engineering. "We hebben nog enkele verbeteringen nodig in het ontwerp van de kathodekamer, en een beter begrip van de interactie tussen verschillende microbiële soorten. Maar de nieuwe aanpak levert duidelijk meer elektriciteit op."

Bij deze technologie, bacteriën uit bioafval zoals rioolwater worden in een anodekamer geplaatst, waar ze een biofilm vormen, voedingsstoffen consumeren en groeien, daarbij elektronen vrijgeven. In deze context, het riool is letterlijk de brandstof voor de elektriciteitsproductie.

In verwante technologie, een vergelijkbare aanpak kan mogelijk waterstofgas produceren in plaats van elektriciteit, met het potentieel om te worden gebruikt in waterstofbrandstofcellen die de auto's van de toekomst kunnen aandrijven. In elk geval, de behandeling van afvalwater zou kunnen worden veranderd van een energieverslindende technologie naar een technologie die bruikbare energie produceert.

Onderzoekers van het OSU College of Engineering en College of Agricultural Sciences, inclusief Hong Liu, een assistent-professor biologische en ecologische engineering, zijn nationale leiders in de ontwikkeling van deze technologie, die de kosten van afvalwaterzuivering in de Verenigde Staten aanzienlijk zouden kunnen verlagen. Het kan ook toepassingen vinden in plattelandsgebieden of ontwikkelingslanden, waar het ontbreken van een adequate stroomvoorziening afvalwaterzuivering onpraktisch maakt. Wellicht is het mogelijk om rioolwaterzuiveringsinstallaties te realiseren die qua energieverbruik volledig zelfvoorzienend zijn.

De technologie werkt al op laboratoriumbasis, onderzoekers zeggen, maar voorschotten zijn nodig om de kosten te verlagen, efficiëntie en elektrische output verbeteren, en identificeer de goedkoopste materialen die kunnen worden gebruikt.

Dit onderzoek is ondersteund door de National Science Foundation en het Oregon Nanoscience and Microtechnologies Institute.

"Recente ontwikkelingen in nanofabricage bieden een unieke kans om efficiënte elektrodematerialen te ontwikkelen vanwege de opmerkelijke structurele, elektrische en chemische eigenschappen van nanomaterialen, " schreven de onderzoekers in hun rapport. "Deze studie toonde aan dat nano-decoratie de prestaties van microbiële anodes aanzienlijk kan verbeteren."