Microbiële brandstofcel reinigt rioolwater en levert waterstofperoxide op

Rioolwater bevat niet alleen organisch afval, maar ook sporen van medicijnen die reguliere zuiveringsinstallaties niet goed kunnen afbreken. Antibiotica zijn daarbij een groeiend probleem: ze overleven de zuivering, komen in het milieu terecht en dragen bij aan antibioticaresistentie bij bacteriën. Een onderzoeksteam uit India presenteert nu een oplossing die verder gaat dan alleen zuiveren. Hun systeem, een zogeheten microbiële brandstofcel, gebruikt bacteriën in het afvalwater om tegelijk elektriciteit op te wekken, het antibioticum chlooramfenicol af te breken en het industriële chemicalie waterstofperoxide te produceren.

Hoe de cel werkt

Een microbiële brandstofcel werkt normaal gesproken als volgt: bacteriën verteren organisch afval en zetten daarbij elektronen vrij. Die elektronen stromen door het systeem naar een tweede elektrode, waar ze meestal gewoon water vormen. De onderzoekers pasten dit proces aan met een zelf ontwikkelde elektrode van ijzer- en nikkeloxide op koolstofnanovezels, aangebracht op flexibel koolstofweefsel. Deze elektrode dwingt de elektronen in een kortere route die de reactie halverwege stopt. Het resultaat: in plaats van water ontstaat waardevol waterstofperoxide, een stof die wordt gebruikt als ontsmettingsmiddel in de zorg, de industrie en bij schoonmaakproducten. Normaal gesproken is de productie van waterstofperoxide energie-intensief; dit proces levert het chemisch bijna als bijproduct.

Resultaten en beperkingen

In een test voegden de onderzoekers 50 milligram chlooramfenicol per liter toe aan ruw rioolwater. Binnen 48 uur verwijderde de cel 99,99 procent van het antibioticum en verlaagde het zogeheten chemisch zuurstofverbruik, een maat voor vervuiling door organisch materiaal, met 94 procent. Ondertussen produceerde het systeem 0,74 millimol waterstofperoxide per liter en hield het een stabiele spanning van meer dan 0,6 volt aan. Volgens de onderzoekers laat dit zien dat complex rioolwater tegelijk schoner water, een nuttige chemische stof en duurzame stroom kan opleveren.

Toch is grootschalige toepassing nog niet in zicht. Het opgewekte vermogen is klein, typisch voor dit soort labopstellingen, en de testcel verwerkte slechts 250 milliliter afvalwater per kamer. De onderzoekers onderzoeken ook nog of de afbraakproducten van het antibioticum zelf schadelijk zijn. Ook de duurzaamheid van de metaaloxide-elektrode baart zorgen: langdurig contact met ruw rioolwater kan de werkzame oppervlakken laten verouderen of verstoppen door bacteriegroei. De bevindingen zijn gepubliceerd in het Journal of Power Sources.