Обсуждая проблему изменения климата, мы в основном говорим об углекислом газе, содержание которого в воздухе постоянно возрастает. При этом гораздо меньше внимания уделяется метану, на долю которого приходится 20 процентов всех выбросов парниковых газов, и который в 80 раз активнее удерживает тепло. За последние два столетия концентрация метана в атмосфере возросла более чем в два раза

Вы, вероятно, уже слышали, что крупный рогатый скот и рисовые поля являются основным источником атмосферного метана, но гниющая органика болот и природный газ также могут выбрасывать метан в воздух. Сокращение выбросов метана включает в себя уменьшение нашей зависимости от природного газа, переработку и компостирование мусора, а также регенерацию и использование в качестве топлива. Однако новый, уникальный метод может превратить метан в полезный источник энергии с помощью бактерий - наших новых микроскопических друзей.

Во вторник группа исследователей из Университета Неймегена в Нидерландах опубликовала в журнале Frontiers in Microbiology исследование, в рамках которого они сконструировали батарею, состоящую из метанобразующих бактерий, которые превращают газ в электричество.

"Это может быть весьма полезно для развития энергетики", - сказала в пресс-релизе Корнелия Велте, специалист по микробиологии из Университета Неймегена и соавтор исследования.

Использование бактерий для получения электроэнергии не является абсолютно новой концепцией. Установки анаэробного брожения (также называемые биогазовыми комплексами) улавливают газы, такие как метан и углекислый газ, выделяемые бактериями, которые переваривают органические отходы. Затем этот газ преобразуется в тепловую или электрическую энергию или перерабатывается в форму метана, который можно закачивать в газопроводы или использовать в качестве автомобильного топлива. В настоящее время в США насчитывается около 2200 действующих биогазовых установок, а во всем мире (в основном в Китае и Индии) их насчитывается около 50 миллионов, согласно отчету Всемирной биогазовой ассоциации за 2019 год.

Однако проблема этих установок заключается в том, что их коэффициент полезного действия довольно низок. "Не более 50 процентов биогаза преобразуется в электроэнергию, и это максимальная достижимая мощность", - говорит Велте.

Чтобы понять, каким образом можно повысить энергоэффективность процесса, исследователи обратились к Candidatus Methanoperedens, бактерии, которая обитает в пресной воде и для своей жизнедеятельности потребляет метан от которого отщепляются электроны. Эти свободные электроны используются для переработки другого химического вещества, называемого нитратом, который состоит из азота и кислорода.

"Мы создаем своего рода аккумулятор с двумя клеммами", - сказала в пресс-релизе Хелин Уботер, микробиолог и соавтор исследования. На одном биологическом терминале исследователи поместили колонию метанообразующих бактерий, а на втором химическом терминале установили источник потока нитратов. Со временем этот источник постепенно уменьшается, заставляя бактерий передавать свои отщепленные электроны на электрод, ведущий к мини-реактору. С помощью такой установки исследователям удалось преобразовать в электричество около 31 процента метана, скормленного бактериям.

Все это, конечно, впечатляет, но для того, чтобы процесс преобразования был действительно полезен в реальном мире, он должен происходить гораздо быстрее. Исследователи хотят провести дополнительные тесты, чтобы понять, насколько эффективно эта бактерия может осуществлять реакцию в естественных условиях (до сих пор это происходило только в лаборатории). Тем не менее, новые результаты являются многообещающим началом, поскольку мы постоянно пытаемся найти новые способы компенсировать эмиссию метана и обеспечить более эффективное охлаждение нашей планеты.

Источники: Radboud Universiteit Nijmegen, University of California Davis, Journal Frontiers in Microbiology
(https://dx.doi.org/10.3389/fmicb.2022.820989)
(https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2022.820989/full)
(https://www.ucdavis.edu/food/news/making-cattle-more-sustainable)
(https://www.ru.nl/english/news-agenda/news/vm/iwwr/2022/bacteria-generate-electricity-from-methane/)