Электричество из гнилушек

Не торопитесь выбрасывать на помойку сгнившие деревянные доски! Как ни странно, они еще могут пригодиться. Например, чтобы зажечь электрическую лампочку. Новый способ получения электроэнергии наглядно продемонстрировала команда специалистов из ETH Zurich (Швейцарской высшей технической школы Цюриха) во главе с Инго Бургертом. Подробности исследования опубликованы в научном издании Science Advances.

Нас постоянно пугают топливно-энергетическим кризисом. Представьте себе, что имеющиеся стандартные ресурсы в один прекрасный день исчерпают себя, оборудование износится, и что тогда? Поиски альтернативных источников энергии в научной среде идут постоянно. И довольно большие надежды возлагаются на так называемые биотехнологии. Вспомните: в романе Сергея Лукьяненко «Сумеречный дозор» лесная колдунья добывала себе электричество, втыкая провод в помидор… Но нынче на дворе ХХI век, неужто на помощь человечеству не придут новейшие научные достижения?

Скажем, немецкий фермер Кристиан Кох нашел способ получать дешевое топливо. Он изобрел аппарат, в который загружаются любые биологические отходы, включая даже сорняки с огорода. Содержимое бака нагревают до температуры 300 градусов, вследствие чего смесь начинает выделять углеводороды. При помощи катализатора предприимчивый немец превращает их в дизельное топливо, которое с успехом использует в качестве горючего для своей машины.

А если взять идею переработки мусора в топливо? Первые мусорные печи появились в Англии и Америке еще в XIX столетии. В прошлом веке им на смену пришли мусоросжигательные заводы, что, правда, не способствовало улучшению экологической обстановки. В наши дни разработаны установки, позволяющие сжигать отходы в специальных конвертерах при очень высоких температурах, с выделением газа, который можно затем трансформировать в топливо.

Специалисты из Американской организации по исследованиям в сельском хозяйстве во главе с доктором Чарльзом Ли придумали использовать в качестве биотоплива… грибы! Вернее, древесный гриб шиитаке, который растет в Юго-Восточной Азии. Шиитаке употребляют в пищу в качестве деликатеса. Он обладает способностью выделять фермент, позволяющий быстро расщеплять древесину и извлекать из нее питательные вещества. Ученые решили модифицировать ген, ответственный за выработку данного фермента. Если он сможет расщеплять не только дерево, но и различные биологические отходы, то на его основе можно будет получать этанол, который станет служить топливом.

Некоторое время назад компания MagCap Engineering из Массачусетса в сотрудничестве с изобретателем Гордоном Уодлом из Иллинойса начала эксперимент по выработке электроэнергии… из деревьев! Уодл разработал конструкцию, состоящую из воткнутого в дерево металлического прута и электрической схемы, фильтрующей ток и напряжение. Вырабатываемого электричества достаточно, чтобы зарядить, например, батарею мобильного телефона.

О том, что гнилая древесина может светиться из-за наличия в ней грибковых и микроорганизмов (которые, собственно, и отвечают за процессы гниения), было известно и раньше. Эффект свечения гнилушек называют пьезоэлектрическим. Другое дело, что естественное свечение гнилушек обычно довольно слабое. Для зажигания лампочек требуется более мощный источник. «А что, если создать его искусственным образом?» – задумались ученые.

Первые попытки получить энергию из прогнившей древесины начались в середине прошлого столетия. Однако электричества таким образом вырабатывалось очень небольшое количество, и это явно не подходило для производственных масштабов.

Бургерт и его коллеги предположили, что изменение внутренней структуры пробкового дерева усилит пьезоэлектрический эффект. Достичь этого можно, если заставить древесину сгнить намеренно. Это делает ее более сжимаемой и высвобождает при давлении больше энергии. Чтобы ускорить процесс, исследователи нанесли на бальзовые доски (бальза обладает низкой плотностью и тонкими стенками) порошок из спор плоского трутовика (Ganoderma applanatum) и оставили там на две недели. В результате лигнин и гемицеллюлоза внутри досок быстро разрушились, общая масса древесины уменьшилась почти наполовину. Еще через шесть недель удалось получить более сжимаемую древесину, которая могла генерировать гораздо большее количество энергии от нажатия, причем без потери прочности.

На следующем этапе авторы проекта собрали из девяти шпонированных деревянных досок «энергетический пол». После подключения к источнику питания светодиода выяснилось, что один участок гнилой древесины шириной 15 миллиметров позволяет получить 0,85 вольта электроэнергии. Это немного, но в 55 раз больше, чем количество энергии, полученное в прежних экспериментах. «Понятно, что это первый шаг, – прокомментировал Бургерт. – Но важно показать, что есть потенциал».

Вероятно, уже в самое ближайшее время будут разработаны технологии, позволяющие получать электричество из гнилой древесины. К примеру, оно могло бы стать источником питания для вмонтированных в пол датчиков движения. Это было бы полезно в помещениях, где находятся пожилые люди, имеющие склонность к падениям. Но возможен и куда более широкий спектр применения. «Мы можем найти множество способов использования древесины и сделать из нее новый строительный материал для умных городов будущего», – считает один из соавторов исследования Хавьер Рибера.

Результаты работы получили высокую оценку и от сторонних экспертов. Так, сотрудник Министерства сельского хозяйства США Сипин Ван заявил, что «предлагаемый метод обработки древесины – прорыв на фундаментальном уровне».