Il fatto che alcuni microbi con il loro metabolismo producano elettroni è stato scoperto più di cent’anni fa. In Vallese, alcuni ricercatori hanno sfruttato questa caratteristica per costruire una batteria che produce elettricità a partire dai microbi nelle acque reflue.
Dass gewisse Mikroben im Rahmen ihres Stoffwechsels Elektronen produzieren, wurde bereits vor über 100 Jahren festgestellt. Forschende haben im Wallis diese Eigenschaft genutzt und eine Batterie gebaut, die aus Abwasser und Mikroben Strom erzeugt.
Non tutti sanno che gli impianti di depurazione delle acque reflue consumano molta elettricità. Per risolvere questo problema, i ricercatori della scuola universitaria professionale in Vallese hanno elaborato una procedura che sfrutta i microbi contenuti nelle acque reflue per produrre energia elettrica. Allo sviluppo di questo processo, descritto già nel 1910 e poi dimenticato, ha partecipato anche il Prof. Dr. Fabian Fischer dell’Alta Scuola d’Ingegneria in Vallese.
Una batteria lunga 14 metri
Secondo il dottor Fischer, lui e il suo team puntano a un triplice traguardo: «Vogliamo ridurre il consumo di elettricità degli impianti di depurazione, depurare le acque reflue e produrre elettricità.» La pila a combustibile sviluppata dal suo team non genera solo abbastanza elettricità da alimentare numerose batterie agli ioni di litio ma permette inoltre di depurare senza costi supplementari le acque reflue nell’impianto di depurazione.
A un primo sguardo, la procedura sembra semplice: le acque reflue fluiscono nella batteria da un lato. Qui l’acqua incontra elettrodi in schiuma di carbonio su sui si trovano i microbi che svolgono principalmente i processi biologici di degradazione necessari per la pulizia delle acque reflue. Come effetto secondario, i microbi rilasciano elettroni durante la loro attività e producono quindi elettricità. L’innovativo sistema a batteria, costruito dai ricercatori nell’impianto di depurazione di Châteauneuf-Sion, è lungo 14 metri e costituito da 64 file di pile a combustibile collegate tra loro.
Secondo il dottor Fisher, nei Paesi industrializzati la depurazione delle acque reflue consuma dall’uno al due per cento dell’elettricità prodotta. Il consumo di elettricità degli impianti di depurazione è dovuto per il 50-70 per cento alle vasche a fanghi attivi nelle quali i batteri svolgono un processo di degradazione biologica e che devono quindi essere aerate. Con il passaggio a una pila a combustibile microbiologica, l’impianto di depurazione passa da consumatore di elettricità a produttore di elettricità: a livello mondiale, gli impianti di depurazione potrebbero produrre tanta elettricità quanto novanta centrali nucleari.
La Confederazione sostiene i progetti nel settore dell’energia
L’Ufficio federale dell‘energia (UFE) sostiene i progetti innovativi e creativi. Un bando di gara è attualmente dedicato al tema "Living & Working": la questione centrale dei progetti presentati è l’evoluzione del consumo energetico in Svizzera a seguito del nuovo stile di vita e di lavoro, il diverso comportamento nell’ambito della mobilità o la maggiore consapevolezza ambientale.
Un altro bando di gara dell’UFE è il progetto pilota e di dimostrazione per la promozione di applicazioni e test sul campo nel settore della mobilità elettrica: "Test di mercato di veicoli e macchine elettriche innovative". Nel quadro del bando di concorso verranno assegnati sussidi a quei progetti volti a testare soluzioni elettriche innovative nel settore del trasporto merci, delle macchine mobili e dei veicoli speciali.
Kaum jemand weiss, dass durch Kläranlagen sehr viel Strom verbraucht wird. Um dieses Problem zu lösen, haben Forschende der Hochschule Wallis ein Verfahren verfeinert, das die im Abwasser enthaltenen Mikroben zur Stromerzeugung nutzt. Dieses 1910 beschriebene und anschliessend vergessene Phänomen wurde unter anderem von Prof. Dr. Fabian Fischer der Hochschule für Ingenieurwissenschaften im Wallis weiterentwickelt.
Eine 14 Meter lange Batterie
Gemäss Dr. Fischer haben er und sein Team dabei ein dreifaches Ziel verfolgt: «Wir wollten den Stromverbrauch der Kläranlage senken, das Abwasser aufbereiten und Strom erzeugen.» Die von seinem Team entwickelte Brennstoffzelle erzeugt jetzt nicht nur genug Strom, um mehrere Lithium-Batterien zu laden, sondern ermöglicht inzwischen auch die kostenlose Aufbereitung des Abwassers der Kläranlage.
Das Verfahren sieht auf den ersten Blick einfach aus: Das Abwasser fliesst von einer Seite in die Batterie. Dort haften an Elektroden aus Kohlenstoffschaum Mikroben, die primär die für die Abwasserreinigung nötigen biologische Abbauprozesse durchführen. Als Sekundäreffekt setzen die Mikroben während ihrer Arbeit Elektronen frei und produzieren dadurch Strom. Das innovative Mikroben-Batterie-System, das die Forschenden in der Kläranlage Châteauneuf-Sitten gebaut haben, ist 14 Meter lang und aus 64 in Reihe geschalteten Brennstoffzellen zusammengesetzt.
In Industrieländern verbraucht gemäss Dr. Fischer die Abwasserreinigung ein bis zwei Prozent der gesamten produzierten Elektrizität. Der Stromverbrauch der Kläranlagen gehe zwischen 50 und 70 Prozent auf das Konto von Gärbecken, in denen Bakterien biologische Abbauprozesse durchführen und die dafür belüftet werden müssen. Durch den Umbau zu einer mikrobiellen Brennstoffzelle würden Kläranlagen aber vom Stromverbraucher zum Stromerzeuger werden: Weltweit könnten Abwasserreinigungsanlagen Strom im Äquivalent von 90 Kernkraftwerken erzeugen.
Der Bund fördert Projekte im Energiebereich
Das Bundesamt für Energie (BFE) fördert solche innovativen und kreativen Projekte. Eine aktuelle Auschreibung widmet sich dem Thema «Living & Working»: Im Zentrum der eingereichten Projekte soll der sich künftig verändernde Energieverbrauch der Schweiz durch neue Lebens- und Arbeitsweisen, ein anderes Mobilitätsverhalten oder etwa steigendes Umweltbewusstsein stehen.
Eine weitere Aussschreibung des BFE ist das Pilot- und Demonstrationsprogramm zur Förderung von Anwendungen und Feldtests im Bereich der Elektromobilität: «Markterprobung von innovativen Elektrofahrzeugen und -maschinen». Im Rahmen dieses Wettbewerbs werden Förderbeiträge an Projekte vergeben, die sich mit der Erprobung von innovativen elektrischen Lösungen in den Bereichen Güterverkehr, mobile Maschinen und Spezialfahrzeuge befassen.
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