Dr inż. Grzegorz Pasternak z Wydziału Chemicznego opracowuje eksperymentalną metodę pozyskiwania energii elektrycznej oraz biosurfaktantów w mikrobiologicznych ogniwach paliwowych. Technologia wykorzystuje odpady i bakterie, a do tego jest procesem samowystarczalnym.

– Metoda, nad którą pracuję, umożliwia przekształcenie tego, co jest marnowane w postaci odpadów, w energię elektryczną i użyteczne związki chemiczne. Proces ten może być samowystarczalny i obniżyć koszty eksploatacji w stosunku do konwencjonalnych metod – uważa dr Pasternak, który prowadzi badania w Katedrze Inżynierii Procesowej i Technologii Materiałów Polimerowych i Węglowych PWr.

Dodaje, że nad technologią bioelektrosyntezy surfaktantów pracuje zaledwie klika ośrodków na świecie.

– Potrafimy pozyskać związki powierzchniowo czynne tzw. biosurfaktanty w reaktorach bioelektrochemicznych, które sami skonstruowaliśmy, tu na Politechnice Wrocławskiej – tłumaczy naukowiec.

Pracujemy nad wieloma zastosowaniami ogniw. Technologia ta może znaleźć zastosowanie na przykład w oczyszczaniu ścieków, przy bioremediacji terenów skażonych, biosyntezy cennych produktów chemicznych, a także przy opracowaniu nowej klasy biosensorów.

Metabolizm bakterii pod kontrolą

Mikrobiologiczne ogniwo paliwowe (MFC) to urządzenie, które podobnie jak klasyczne ogniwo paliwowe składa się z anody, katody oraz membrany, z tą jednak różnicą, że katalizatorem tego procesu są bakterie.

– Bakterie potrafią wykorzystywać materię organiczną oraz zewnątrzkomórkowe akceptory elektronów. My im te elektrony podbieramy i wykorzystujemy do własnych celów. W ten sposób nie tylko kontrolujemy metabolizm bakterii, a więc utlenianie związków zawartych w ściekach lub odpadach, ale przy okazji produkujemy prąd elektryczny jako produkt uboczny tego metabolizmu – tłumaczy naukowiec z Wydziału Chemicznego.

Wyjaśnia, że udało się już wyizolować szczep bakterii, który tworzy elektroaktywny biofilm produkujący biosurfaktanty w beztlenowym środowisku, co jest warunkiem do powstawania prądu elektrycznego. Naukowcy opracowali także prototyp ogniwa, które będzie wykorzystywane w badaniach i przetestowali odpowiednie do tego celu materiały.

Nowatorska technologia

W ramach programu Polskie Powroty, finansowanego przez Narodową Agencję Wymiany Akademickiej (NAWA), grantu Narodowego Centrum Nauki oraz dzięki wsparciu władz Wydziału Chemicznego dr Pasternak uruchomił na Politechnice Wrocławskiej laboratorium układów bioelektrochemicznych.

– Nasze badania mają charakter eksperymentalny. Wprowadziliśmy dodatkowy element do układu bioelektrochemicznego, czyli biosyntezę surfaktantów, których obecność ma istotny wpływ na mechanizm pracy ogniwa oraz jego poszczególne elementy. Opracowujemy technologię, w której biosurfaktanty są produkowane wraz z energią elektryczną z odpadów pochodzących z przemysłu spożywczego i petrochemicznego. Chcemy z czegoś bezużytecznego i stanowiącego zagrożenie wytworzyć przynajmniej dwa użyteczne produkty – tłumaczy naukowiec.

W swoich badaniach dr Pasternak wykorzystuje doświadczenie zdobyte podczas staży w Bristol BioEnergy Centre oraz na uniwersytecie w Trydencie. W Wielkiej Brytanii brał udział w projekcie sponsorowanym przez fundację Billa i Melindy Gatesów. – Pracowaliśmy nad wdrażaniem technologii pozyskiwania energii elektrycznej z moczu, z wykorzystaniem mikrobiologicznych ogniw paliwowych. Miałem również okazję rozwijać swoje projekty, np. autonomiczny, samozasilający się biosensor, który wykrywa zanieczyszczenia w wodzie i jednocześnie wykorzystuje je do zasilania swojej elektroniki – wyjaśnia.
Natomiast we Włoszech pracował nad ideą wprowadzenia ogniw paliwowych do budynków mieszkalnych. Mają one służyć zarówno jako element architektury, jak i żywa tkanka budynku, która produkuje prąd elektryczny z domowych ścieków.

Szansa dla młodych naukowców

Naukowiec postanowił kontynuować badania na Politechnice Wrocławskiej, swojej macierzystej uczelni, ponieważ uważa, że ma tutaj duże możliwości do rozwijania własnej grupy badawczej.

– Cieszy mnie fakt, że na Wydziale Chemicznym, podobnie jak w ośrodkach zagranicznych, działają otwarte, centralne laboratoria, które według mnie są kluczowe przy prowadzeniu badań o charakterze interdyscyplinarnym – mówi dr Pasternak. Podkreśla, że w Polsce są sprzyjające warunki dla młodych naukowców, którzy mają szansę otrzymać wsparcie na realizację swoich projektów.

Dr Grzegorz Pasternak ma nadzieję, że wyniki jego prac znajdą w przyszłości zastosowanie w przemyśle. – Uważam, że powinniśmy robić jak najwięcej, aby przekształcać naszą gospodarkę w kierunku gospodarki obiegu zamkniętego, w której te same produkty są wykorzystywane wielokrotnie. Właśnie w tę stronę są ukierunkowane nasze badania – mówi naukowiec z PWr.

Iwona Szajner