Бактерии из солёных водоёмов могут очищать воду и генерировать энергию

Тёплые солёные сточные воды образуются во многих отраслях промышленности, включая добычу нефти и газа, переработку морепродуктов и окрашивание текстиля. Исследователи из KAUST изучают способы детоксикации таких сточных вод с одновременной выработкой электроэнергии. Для этого они используют бактерии с выдающимися свойствами: способностью переносить электроны за пределы своих клеток (экзоэлектрогены) и устойчивостью к экстремальным температурам и солёности (экстремофилы).

Исследователи под руководством Паскаля Сайкали заполнили прототипы микробных электролизных элементов (MECs), также известных как топливные элементы, водой, собранной из трёх глубоководных солёных водоёмов в Красном море. «Солёные водоёмы Красного моря — хорошие места для поиска экстремофильных бактерий, поскольку это одни из самых экстремальных природных сред в мире с солёностью до 25% и температурой выше 46°C», — объясняет ведущий автор, бывший аспирант и постдок KAUST Нура Шехаб. — «Однако их потенциал для генерации электроэнергии ранее не изучался».

Обычно MECs представляют собой стеклянные колбы, заполненные сточными водами и содержащими стерильные графитовые и стальные электроды. «Присутствующие экзоэлектрогенные бактерии могут окислять органические вещества в сточных водах, генерируя электроны, которые переносятся на положительный электрод. При приложении небольшого напряжения к системе электроны соединяются с протонами в воде на отрицательном электроде, производя газообразный водород», — поясняет соавтор Кришна Катури. Таким образом, они одновременно очищают воду и производят водород — чистое, транспортабельное топливо.

В этом исследовании MECs с водой из одного водоёма, Вальдивия, генерировали стабильный электрический ток почти два месяца, выдерживая температуру 70°C и солёность 25%. Генетический анализ биоплёнки микроорганизмов, колонизировавших анод, показал высокую долю бактерий рода Bacterioides, значительно большую, чем в исходных образцах. Это обогащение биоплёнки Bacterioides показывает, что представители этого рода обладают большим потенциалом для процветания в экстремальных условиях с одновременной генерацией электрического тока.

Теперь, будучи главным технологом в промышленности, Шехаб гордится этим первым исследованием, изучающим солёные водоёмы Красного моря как новый источник экзоэлектрогенных бактерий. «Мы показали не только то, что экзоэлектрогены присутствуют в этих средах, но и то, что их можно использовать для работы MECs в сложных условиях высокой температуры и солёности», — говорит она.

Исследователи теперь изучают способы обогащения MECs другими бактериями, известными как электротрофы, также из Красного моря, которые способны потреблять электроны. «Они обладают потенциалом для преобразования отходов, таких как диоксид углерода, в ценные химические продукты, такие как метан и ацетат», — объясняет Сайкали.