Kodune "sitapatarei" annab tasuta energiat ({{commentsTotal}})

Käepäraste vahenditega valmistatud patarei töötab kütust lisamata kuni aasta järjest.
Käepäraste vahenditega valmistatud patarei töötab kütust lisamata kuni aasta järjest. Autor/allikas: Ekraanitõmmis

Miks peame maksma kanalisatsiooni või septiku tühjendamise eest, kui võiks kasutada selle sisu hoopis kütusena? Mikroobse kütuseelemendi (teadlaste keskis omamehelikult "sitapatarei") tööd uuriti 7.–13. maini Tartus peetud Euroopa loodusteaduste olümpiaadil, kirjutab Tartu ülikooli keemia instituudi teadur Tavo Romann.

Kütuseks valiti rammusam looduslik muda, millele lisati sama palju Tartu veepuhastusjaamast saadud aktiivmuda (väljaheiteid, sõnnikut, toidujäätmeid jmt). Sobiv bakteriaalne koostis moodustub ise 1–8 nädala jooksul, kusjuures värske suvine muda hakkab tööle oluliselt kiiremini, kui talvine külmunud muda. Et patarei anum on kinnine ja seal on vaid mõned pisikesed õhuaugud, siis ebameeldivat lõhna tunda ei ole ning seda võib vabalt suvilas öölambi patareidena kasutada.

Vaata videost, kuidas ise sitapatareid valmistada:

Kuidas elekter ikkagi tekib?

Mikroobne kütuseelement vajab toimimiseks kahte süsinikelektroodi, millest üks asetatakse muda põhja (anood) ja teine muda peale (katood). Elektri tootmisse võivad panustada paljud erinevad bakterikultuurid, mistõttu on ka erinevaid reaktsioonimehhanisme. Näiteks Escherichia coli võib eraldada läbi rakumembraani ühendeid, mis anoodil oksüdeeruvad. Shewanella putrefaciens ja Geobacter sulferreducens võivad kinnituda aga otse süsinikule ja anda ära elektrone.

Videos näidatud nanopoorsete Elboonia* tüüpi süsinikelektroodide valmistamise tehnoloogia on leiutatud Eestis. Õhk pääseb ülemisele elektroodile, kus hapnik redutseerub. Allpool on hapnikuvaba keskkond ja seal toimetavad bakterid, kes annavad otse või vaheühendite kaudu anoodile elektrone. Ligikaudne elektri tootmise võrrand on järgmine:

katoodil: O2 + 4 H+ + 4 e = 2 H2O

anoodil (kus (CH2O)n on süsivesinik): (CH2O)n + n H2O − 4n e = n CO2↑ + 4n H+

Sitapatarei elemendi pinge ulatub tavaliselt 800–920 millivoldini. Ehkki võimsused pole just üleliia suured, töötab üks selline patareielement kuni aasta järjest. Siis võib kütust lisada ja on jälle aasta hooletu. Paari elemendiga saab tööle panna juba LED valgusti. Loomulikult annavad spetsiaalse membraani ja valitud kütusega, näiteks kartulijäätmetest pärit tärklisega, elemendid kõrgemaid võimsustihedusi, kui videos toodud kõige lihtsama ehituse ja odavama kütusega patareid.

Mikroobse kütuseelemendi käitamiseks sobib ka muda, muld, toidujäätmed, reovesi ja muu sarnane kraam. Bakterid oskavad elektriks muundada ka tselluloosi, samas pole teada tehislikku katalüsaatorit, mis sama suudaks.

Euroopa loodusteaduste olümpiaad

Videos näidatud sitapatarei elemente ja videojuhendit kasutati 7.–13. maini Tartus peetud Euroopa loodusteaduste olümpiaadil, kus mõõtsid ja arvutasid elementide võimsust 142 õpilast 23st riigist ning uurisid, mis bakter seal tegutseb. Veel analüüsisid õpilased lehmapiima koostist ja konstrueerisid 3V patarei LED-lambi jaoks. Lõpetuseks ehitati veefiltri söest, šokolaadipaberist ja torusiilist alumiinium-õhk patarei, millega sõideti mudelautodega võidu viiemeetrisel distantsil. Ülipõneva võidusõidu võitis viimase katsega Bulgaaria tiim ajaga 4,31 sekundit, jättes seljataha Rumeenia (5,01 sek) ja Rootsi (5,03 sek).

* Elboonia on väljamõeldud riik, kus inimesed elavad põlvini mudas. 

Toimetaja: Kristjan Jung, Tartu ülikool



ERR kasutab oma veebilehtedel http küpsiseid. Kasutame küpsiseid, et meelde jätta kasutajate eelistused meie sisu lehitsemisel ning kohandada ERRi veebilehti kasutaja huvidele vastavaks. Kolmandad osapooled, nagu sotsiaalmeedia veebilehed, võivad samuti lisada küpsiseid kasutaja brauserisse, kui meie lehtedele on manustatud sisu otse sotsiaalmeediast. Kui jätkate ilma oma lehitsemise seadeid muutmata, tähendab see, et nõustute kõikide ERRi internetilehekülgede küpsiste seadetega.
Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: