МИКРОБНЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КАК СРЕДСТВО ОЦЕНКИ БАКТЕРИАЛЬНОЙ ОБСЕМЕННОСТИ РЕЧНЫХ БИОТОПОВ

© В.К.Ильин, А.В.Пунегова, Д.В.Коршунов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космической медицины и биологии"
2015 г.

Микробные топливные элементы (МТЭ) — устройства для получения электрического тока при помощи микроорганизмов — широко используются в последние годы в исследованиях, посвященных поиску альтернативных источников энергии из возобновляемого органического сырья.

Причины повышенного интереса к данной технологии связаны, в первую очередь, с поисками новых экологических чистых источников энергии, а также, с открытием т.н. бактерий-электрогенов, способных генерировать электрический ток в процессе жизнедеятельности Бактерии в составе типичного МТЭ окисляют органические вещества, генерируют электроны и передают их на различные акцепторы, которые окисляются на аноде. Некоторые из бактерий-электрогенов способны передавать электроны на анод напрямую, при помощи специальных структур — электропроводных пилей (nanowires). Образуя биопленку на поверхности анода, электрогенные микроорганизмы при помощи пилей придают ему отрицательный заряд, при этом бактерии, находящиеся в наружном слое биопленки, могут передавать электроны клеткам, непосредственно контактирующим с электродом. К характерным представителям бактерий-электрогенов, образующих пили

В настоящее время мощность, создаваемая стандартной ячейкой МТЭ, недостаточно велика для большинства возможных областей практического применения. Сравнительно большие мощности достигаются только при использовании электродов из графена, платины и других дорогостоящих материалов.

Однако МТЭ могут быть использованы для побочных целей, в частности, для оценки количественного и, в определенной степени, качественного состава микрофлоры субстратов, заправляемых в ячейки биотопливных элементов.

Чем больше мощность, генерируемого МТЭ электричества, тем выше вероятность нахождения в субстрате бактерий-электрогенов и тем выше микробная обсемененность.

В работе исследовались пробы придонного ила, взятые из различных участков р. Сетунь. Был проведён качественный и количественный анализ микроорганизмов, присутствующих в пробах. Изучена электрогенная активность каждой пробы в МТЭ.

Две из 10 исследованных проб показали наибольшую электрогенную активность. Производимое ими электричество по мощности превышало оставшиеся пробы в 3–4 раза. Характерно, что эти пробы отбирались в зонах антропогенного загрязнения. Бактериологический посев исследуемых проб показал, что в одной из этих проб общее микробное число значительно превышало остальные образцы. Во второй пробе предположительно преобладают бактерии с повышенной электрогенной активностью.

Полученные результаты свидетельствуют о возможной взаимосвязи количества микроорганизмов в единице объёма пробы с плотностью электрического тока, производимого в МТЭ. Позволительно предположить перспективную возможность использования МТЭ в качестве средства экологического мониторинга водных ресурсов.