طريقة ثورية لتحويل الفضلات البشرية إلى كهرباء "نظيفة"!
تاريخ النشر: 11th, September 2023 GMT
تمكّن مهندسو إلكترونيات حيوية من إنتاج سلالة من بكتيريا الإشريكية القولونية القاتلة التي يمكنها توليد الكهرباء مع ازدهار الميكروب في مياه الصرف الصحي الخام.
وتعرف الإشريكية القولونية بأنها مجموعة واسعة ومتنوعة من البكتيريا الموجودة في أمعاء الإنسان والحيوان، وكذلك في الطبيعة، حيث تتغذى على المواد العضوية المتحللة.
ومن المتوقع أن يُحدث هذا الاختراق ثورة في جهود الطاقة المستدامة، ويمكن أن يحوّل ما يزيد عن 640 مليار رطل من الفضلات البشرية المنتجة كل عام، إلى منجم ذهب حقيقي لشركات المرافق.
وغالبا ما يتم توليد الكهرباء من تدفق المياه عبر توربينات، كما هو الحال مع السدود الكهرومائية، أو البخار الساخن المتدفق عبر توربينات، كما يحدث مع الطاقة النووية وبعض محطات الفحم والغاز الطبيعي.
لكن هذه الطريقة الجديدة، التي تغمس قطبين كهربائيين في تيار من المياه الملوثة، تستخدم نسخة جديدة ذات طاقة زائدة من النشاط الكهروكيميائي المعتاد لبكتيريا الإشريكية القولونية، لتوليد تيار كهربائي من مياه الصرف الصحي إلى الأسلاك.
وأفاد الباحثون أن بكتيريا الإشريكية القولونية المُعدلة بيولوجيا كانت أفضل بثلاث مرات في توليد تيار كهربائي من البكتيريا التقليدية.
وعلى عكس الطرق السابقة، يمكن لهذه السلالة الجديدة إنتاج الكهرباء من خلال هضم أو استقلاب مجموعة متنوعة من المواد العضوية، وليس فقط البراز البشري.
ويمكن لهذا الابتكار أن يقلل بشكل كبير من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون التي أدت إلى ارتفاع درجة حرارة المناخ بسبب توليد الكهرباء من حرق النفط والفحم والغاز الطبيعي.
وقالت أرديميس بوغوسيان، أستاذة الهندسة الكيميائية في كلية الفنون التطبيقية الفيدرالية في لوزان (EPFL): "على الرغم من وجود ميكروبات غريبة تنتج الكهرباء بشكل طبيعي، إلا أنها لا تستطيع القيام بذلك إلا في وجود مواد كيميائية محددة".
إقرأ المزيد
واستخدمت بوغوسيان وفريقها عملية تُعرف باسم نقل الإلكترون خارج الخلية (EET) لهندسة البكتيريا بهدف جعلها ميكروبات كهربائية عالية الكفاءة.
وأدى إنشاء مسار EET الكامل هذا داخل الإشريكية القولونية، إلى بكتيريا تنتج التيار الكهربائي بمعدل 3 أضعاف إنتاج الاستراتيجيات التقليدية للبكتيريا الكهربائية الحيوية.
وتحقق ذلك من خلال دمج مكونات من نوع من البكتيريا المشهورة بتوليد الكهرباء، Shewanella oneidensis MR-1، مع بكتيريا الإشريكية القولونية.
وكانت النتيجة ميكروبا بمسار كهربائي يمتد على الأغشية الداخلية والخارجية لكل كائن حي وحيد الخلية، ما يؤدي إلى توسيع إنتاجه الكهربائي.
وأثبتت سلالة الإشريكية القولونية الجديدة قدرتها على إنتاج الكهرباء مع استقلاب مجموعة متنوعة من الركائز العضوية.
وتقول بوغوسيان: "لم تكن الميكروبات الكهربائية الغريبة قادرة حتى على البقاء على قيد الحياة، في حين كانت البكتيريا الكهربائية المهندسة بيولوجيا قادرة على الازدهار بشكل كبير عن طريق تغذية الفضلات".
وقال فريق EPFL إن الآثار المترتبة على دراستهم تمتد إلى ما هو أبعد من معالجة النفايات. كما يعتقدون أن البكتيريا القولونية المهندسة يمكن أن تساعد في تشغيل خلايا الوقود الميكروبية وتشغيل أجهزة الاستشعار الحيوية الخاصة.
نشرت نتائج البحث في مجلة Joule العلمية الخاضعة لمراجعة النظراء.
المصدر: ديلي ميل
المصدر: RT Arabic
كلمات دلالية: كورونا الطاقة الكهربائية بحوث تولید الکهرباء
إقرأ أيضاً:
ابتكار فريد.. مهندسة مصرية تحقق براءة اختراع لتحويل البلاستيك إلى مادة بديلة للأسفلت
استعرض برنامج "صباح الخير يا مصر" في حلقة اليوم قصة مبتكرة مصرية، حيث تمكنت المهندسة سارة رجب من الحصول على براءة اختراع من وزارة التعليم العالي والبحث العلمي، لتطوير مادة جديدة تمثل بديلاً للأسفلت التقليدي المستخدم في رصف الشوارع، وذلك باستخدام البلاستيك المعاد تدويره.
المهندسة سارة رجب صاحب الابتكار المصريمهندسة متخصصة في مجال ترميم المباني الأثرية، استطاعت سارة رجب أن تنقل فكرة بيئية مبتكرة إلى واقع ملموس.
بعد سنوات من البحث والعمل الجاد، نجحت في تحويل البلاستيك المستهلك إلى مادة بديلة لـ "البيتومين"، وهو المكون الرئيسي المستخدم في رصف الطرق التقليدي.
وكجزء من مسيرتها العلمية، حصلت المهندسة سارة على براءة اختراع في يونيو 2024، لتحقق بذلك خطوة غير مسبوقة في مجال إعادة التدوير في مصر.
إشادة عالمية وبداية الابتكارتعود بداية فكرة الابتكار إلى مؤتمر الأمم المتحدة للمناخ COP27 الذي عُقد في شرم الشيخ عام 2022، حيث شاركت المهندسة سارة بمجسمين تم تصنيعهما بالكامل من المخلفات المعاد تدويرها.
وكان لتلك المشاركة دور كبير في تعزيز فكرة تطوير مادة بديلة للأسفلت من المخلفات البلاستيكية، وهو ما لاقى إشادة كبيرة من الحاضرين في المؤتمر، بما في ذلك وزيرة البيئة الدكتورة ياسمين فؤاد، ومحافظ الإسكندرية السابق اللواء محمد الشريف.
البحث والتطوير من فكرة إلى اختراعفي أعقاب المشاركة في مؤتمر المناخ، بدأت المهندسة سارة في إجراء أبحاث مكثفة حول كيفية استغلال البلاستيك لإنتاج بديل اقتصادي وآمن للأسفلت. وقد اكتشفت أن هناك نقصًا كبيرًا في مادة "البيتومين" الذي يعتمد عليه قطاع رصف الطرق في مصر، ما دفعها للبحث عن بدائل تدعم المبادرة الرئاسية "اتحضر للأخضر" وتهدف إلى تقليل الاعتماد على المواد المستوردة.
براءة اختراع لمادة بديلة للأسفلتنجحت سارة رجب في تطوير مادة بديلة للأسفلت باستخدام البلاستيك المعاد تدويره بنسبة تتراوح بين 70% و80%. وحصلت على براءة اختراع رسمية لهذا الابتكار من وزارة التعليم العالي والبحث العلمي في يونيو 2024، برقم 758، ما يمثل خطوة كبيرة نحو تعزيز التنمية المستدامة في مصر.
دعم اللواء محمد الشريف، محافظ الإسكندرية السابق، كان له دور كبير في توفير البلاستيك المطلوب للمشروع واستخدام المعدات المناسبة في عملية التصنيع.
مراحل تصنيع بديل الأسفلتعملية تصنيع البديل تبدأ من جمع البلاستيك المستعمل من مختلف المصادر، ثم يتم فرزه وتنظيفه ليصبح جاهزًا للمرحلة التالية، التي تتضمن عملية الجرش أو الفرم، تليها مرحلة الخلط التي يتم خلالها إضافة مواد أخرى لتعزيز الخصائص المطلوبة في المادة الناتجة. وهذا كله يتم وفقًا لمعايير علمية دقيقة لضمان جودة المنتج.
كفاءة بديل الأسفلت اختبار ونتائج مشجعةبعد إنتاج المادة البديلة، تم اختبارها في معامل هندسية متخصصة تابعة لهيئة الأبنية التعليمية، حيث أثبتت نتائج الاختبارات أن هذه المادة تتمتع بخصائص مميزة.
فهي مقاومة للمياه ولا تحتوي على مسام، ما يجعلها أكثر قوة وديمومة من الأسفلت التقليدي، حيث تتحمل العوامل الجوية مثل الأمطار والرياح بشكل أفضل.
الفوائد الاقتصادية والبيئية لبديل الأسفلتتتمثل إحدى أبرز مزايا هذا الابتكار في أنه يوفر حوالي 70% من تكلفة "البيتومين" المستورد، ما يجعل المنتج الجديد بديلاً اقتصاديًا للغاية. إضافة إلى ذلك، فإن المادة الجديدة لا تقتصر على كونها بديلًا للبيتومين، بل هي أيضًا خطوة كبيرة نحو الحفاظ على البيئة، حيث تسهم في تقليل التلوث وتقليل الحاجة إلى المواد الكيميائية المستوردة.
الابتكار في مرحلة الدراسة للتوسعحاليًا، المنتج في مرحلة الدراسة للحصول على الموافقات اللازمة لتصنيعه على نطاق واسع. الابتكار يعد خطوة هامة نحو تحقيق رؤية مصر 2030 للتنمية المستدامة، ويُسهم في دعم الاقتصاد المحلي من خلال تعزيز الصناعات الوطنية، وتقليل الاعتماد على الاستيراد، ودعم البيئة في آن واحد.
اتصال هاتفي بين وزير الخارجية والهجرة ووزير خارجية الكويت