Генерация электричества на рисовых полях: потенциал микробных топливных элементов
В процессе фотосинтеза рис выделяет через корневую систему сахара, кислоты и другие углеродные соединения. В условиях переувлажненной почвы, где уровень кислорода крайне низок, бактерии используют эти вещества для метаболизма. При создании электрохимической цепи с погруженным в почву анодом и вторым электродом в воде, богатой кислородом, микроорганизмы передают электроны, создавая электрический ток.
Исследовательская группа под руководством Mostofa Mujtahid Al Hussain в 2020 году провела испытания в тепличных условиях, используя в качестве анода активированный биоуголь. По данным, опубликованным в журнале Energy Conversion and Management, пиковая мощность такой системы составила 106,67 милливатт на квадратный метр анода. Параллельно с генерацией тока наблюдалось снижение выбросов метана на 27,1–38%, при этом существенных изменений в объеме сбора зерна зафиксировано не было.
Ранее, в 2008 году, команда Kazuya Watanabe при использовании графитового войлока добивалась показателей до 6 милливатт на квадратный метр. Другие исследования, в том числе работы Atsushi Kouzuma, Nobuo Kaku и Kazuya Watanabe, демонстрировали результаты около 80 милливатт. Практическое применение технологии уже тестировалось: так, Yu Lu и коллеги использовали энергию почвенных ячеек для питания электронного таймера, а Emilius Sudirjo из Wageningen University применял трубчатые элементы на действующих полях, фиксируя среднюю суточную мощность до 9,6 милливатт на квадратный метр.
Тем не менее, вопрос широкого внедрения остается открытым. Ученые отмечают, что при высоком содержании органических веществ в почве эффект подавления метана снижается. Также остаются нерешенными вопросы экономической эффективности: использование дорогостоящих катализаторов и графитовых материалов нерентабельно для массового сельского хозяйства. Перспективность метода зависит от стоимости электродов, затрат труда на их установку в грунт и необходимости подтверждения стабильности эффекта на различных типах почв и в разных климатических зонах.