Sănătatea solului și a apei, monitorizată cu pilele de biocombustie
Inapoi la Facultatea de Fizica de la Magurele, acolo unde m-am intalnit cu profesorul universitar Ioan Stamatin, cel care conduce o echipa de cercetatori ai Centrului 3NanoSAE. Dupa articolele despre aparatul care masoara prospetimea produselor la raft si proiectul solarului incalzit cu doar 500 de euro toata iarna, urmeaza o alta tema de discutie. Pilele de biocombustie.
Natura, transpusa la nivel micro
Primele pile de biocombustie au fost realizate in 1900 intai ca o curiozitate, apoi ca o necesitate. Astazi, spune profesorul Ioan Stamatin, sunt folosite in special pentru monitorizarea calitatii apelor si este o dovada a faptului ca natura poate fi transpusa la nivel micro si studiata astfel incat sa fie retranspusa in monitorizarea si protectia mediului. Ce sunt si cum arata aceste pile? Pila de biocombustie arata la prima vedere rudimentar, insa procesele care se intampla in interiorul ei demonstreaza inca o data cat de complexa este natura. Practic, componentele unei pile de biocombustie monocamerala (in cazul de fata, recipient de plastic) sunt doi electrozi, respectiv un anod si un catod. Interiorul ei este partial umplut cu apa de rau (sau apa care sa aiba proprietati similare celei de rau) si cu o selectie de microorganisme care metabolizeaza materia organica (glucoza, carbohidrati etc.) si o transforma in produsi biocompatibili.
Cum actioneaza microorganismele
Societatile de microorganisme sunt existente pretutindeni – apa, aer, sol – si sunt asemeni unei microjungle. Microorganismele se divid, unele sunt mai puternice decat altele, mananca mai mult, iar cand nu mai exista mancare cele mai puternice le mananca pe cele mai slabe. Aceste notiuni despre existenta microorganismelor au fost completate cu rezultatele proiectului celor de la Centrul 3Nano SAE
„Este suficient sa pui in apa doi electrozi realizati din material conductor (hartie carbonica sau derivat de grafit) si anumite selectii de microorganisme. Sau putem pastra microorganismele native apei pe care o folosim. Dupa un timp, microorganismele vor forma un biofilm (forma macroscopica a societatii de microorganisme) pe electrod. Este important de stiut ca sunt microorganisme carora nu le place fierul, spre exemplu, dar care prefera rocile. Alte microorganisme prefera mediul carbonic. Cert este ca in acest mediu microorganismele se concentreaza in jurul anodului. Catodul sta la suprafata apei unde exista oxigen si se produce fermentatia aerobica si anaerobica. Circulatia electronilor de la anod la catod si a protonilor prin apa produce potential electric.“
Experiment de laborator…
„Aceasta pila are multiple functiuni. Daca, spre exemplu, ii schimb lichidul si microorganismele si pun in interiorul ei un sol umed, atunci ea devine un senzor si un analizor al calitatii solului. Cum functioneaza? Prin activitatea bioelectrochimica, microorganismele au capacitatea de a produce electricitate. Aceasta este colectata printr-un circuit electric mic care are conectat un led sau o dioda luminiscenta. Atat timp cat microorganismele traiesc si au activitate vor produce electricitate, iar aceasta va mentine aprins ledul sau dioda. Daca acestea se aprind inseamna ca microorganismele se dezvolta, cresc, iar solul este sanatos. Daca se sting, inseamna ca se intampla ceva. Posibil sa fi fost un exces de pesticide, de ingrasaminte sau alte cauze au dus la degradarea solului.“
…si cum poate fi replicat in natura
Sol – Profesorul Stamatin spune ca pilele de biocombustie pot fi folosite cu succes in agricultura, mai ales cea ecologica. Acestea pot fi folosite pe orice suprafata cultivata si, daca este inteles principiul lor de functionare, pot deveni un instrument foarte util in agricultura. Biochimia solului se schimba in functie de substantele aplicate si, prin monitorizarea cu ajutorul celor doi electrozi a tensiunii electrice produse de microorganisme, se pot identifica problemele.
Padure – „Pilele de biocombustie pot fi folosite si pentru monitorizarea padurilor. Este suficient sa renuntam la capacul recipientului. Astfel catodul sau un electrod ramane in aer. Insectele din padure (musculite, tantari etc.) vor cadea in recipient, iar microorganismele le vor descompune. Prin aceasta metabolizare vor produce suficienta energie electrica ca sa aprinda ledul. Si asa l-am transformat intr-un senzor de monitorizare a ceea ce se intampla in padure. Daca pila de biocombustie are un circuit de transmitere a datelor te poate informa ce se intampla in padure. Daca exista un incendiu, spre exemplu.“
Rauri – In ape, pilele de biocombustie vor monitoriza calitatea ei, concentratia de oxigen, materia organica dizolvata. Un sistem de pile de biocombustie pus in apa in diferite pozitii iti poate spune ce s-a intamplat in rau, unde anume si cand. Daca au loc deversari accidentale, spre exemplu, microorganismele mor, dispare implicit activitatea electrobiochimica, iar pila nu mai transmite nicio informatie sau emite o avertizare. Practic, natura prin ea insasi ne va informa daca apa a fost infestata sau nu.
Tratarea apei – „Microorganismele exista oriunde, dar cele din ape si sol, prin metabolizarea materiei organice in exces, trateaza, epureaza si mentine calitatea apelor. Aceasta a fost o alta etapa a proiectului nostru in care am incercat sa folosim tensiunea de la tipuri diferite de surse pentru a activa si mai mult microorganismele. Practic, le-am accelerat metabolismul si astfel le-am crescut capacitatea de epurare a apelor.“
Pilele de biocombustie pot fi folosite pentru studiu fundamental, pentru analiza sau dezvoltare de miniroboti, numiti ecoboti sau gastroboti, aceasta ultima denumire fiind pusa pe seama asemanarii cu un stomac artificial. Practic, putem produce un minirobot care isi foloseste energia electrica pentru a se plimba prin paduri sau ape si pentru a monitoriza ce se intampla cu mediul inconjurator.




