„Dovoljno razvijena tehnologija ne može se razlikovati od magije“, kaže Arthur Clarke, pa ipak – koje li razlike između tehnologije i magije! Tehnologiju ne mogu od magije razlikovati samo oni koji ne razumiju njezine znanstvene osnove. Onima koji te osnove znaju i razumiju, sve je jasno, jednostavno, logički čisto. Jer znanost se ne temelji ni na čemu drugom nego na empiriji, na iskustvu, na činjenicama.

A činjenice su jednostavne. U otpadnoj vodi ima organske tvari koja je, kao i svaka organska tvar, podložna oksidaciji. U procesu oksidacije se oslobađa energija – samo koja i kakva energija?

Iz otpadne vode se može izdvojiti mulj, koji se potom može spaljivati. U tom slučaju se dobiva energija, ali u tehnološki najnepovoljnijem obliku, u obliku topline. Otpadna se voda (mulj) može i fermentirati, bakterijski razgrađivati. Ako se razgrađuje anaerobnim bakterijama, dobiva se metan. Metan se može spaljivati, no tako se (opet!) dobiva samo toplina. Prednost takve tehnologije, koja se i u nas primjenjuje, je da se zrak mnogo manje onečišćuje nego pri izravnoj oksidaciji (čitaj: spaljivanju) mulja. Dobro je, ali bi moglo biti i bolje.

Moglo bi, kažem, biti i bolje jer su otpadne vode (iz kanalizacije i industrijskih pogona) potencijalni izvor energije. Iz kubičnog metra „nikom korisne vode“ može se teoretski dobiti 7,6 do 16,8 MJ energije. To se ne čini mnogo (2 – 4,5 kWh/m³), ali samo dok ne pogledamo kolika je „proizvodnja“ kanalizacijskog otpada. Samo u Kini godišnje u kanalizaciji završi 26 milijuna tona organske tvari. Iz nje se može dobiti energija.

No, da se opet vratimo na logiku, tehnološku i znanstvenu. Oksidacija je proces povezan s prijenosom elektrona, a tok elektrona nije ništa drugo nego električna struja. Dodamo li tome da aerobne heterotrofne bakterije imaju isti matabolizam kao životinje, tj. da dobivaju energiju oksidacijom hrane, već imamo gotovu ideju: bakterije bi mogle biti ključan dio električne baterije (galvanskog članka) koji oksidacijom otpadne vode proizvodi električnu struju.

Riječ je o znanstvenom radu kineskih znanstvenika objavljenom u časopisu Molecules. Naslov mu je dug: „High-performance microporous free-standing microbial fuel cell anode derived from grape for efficient power genaration and brewery wastewater treatment“. Što su napravili? Napravili su anodu od karboniziranog grožđa, na nju naselili bakterije – i dobili električnu struju.

Ključni izraz u naslovu je „fuel cell anode derived from grape“ (anoda gorivne ćelije napravljena od grožđa). Nju su dobili karbonizacijom suhog grožđa na temperaturi od 800, 900 i 1000 ^oC. Temperatura je važna jer se pri temperaturi od 900 ^oC (CG-900) postiže najveća poroznost ugljena. Ona je po iznosu, 157 cm²/g, 1,5 puta veća od poroznosti ugljena CG-800. U pore ugljena potom se naseljavaju bakterije (ponajviše iz roda Geobacter) – i evo gotove anode.

Na kakvoj je otpadnoj vodi iskušana nova anoda jasno je već iz naslova. Riječ je o vodi iz pivovare („brewery wastewater“) koja sadrži 1,84 g/L organske tvari koja se može oksidirati (chemical oxygen demand, COD). Najboljom se dakako pokazala anoda od ugljena CG-900. Njome je dobiven stabilan napon od 0,64 V uz proizvodnju 3,7 W/m². Može li se za takvu gorivnu ćeliju reći – kao što piše u naslovu – da ima „visoke performanse“ („high-performance“)?

Ne bih sada o važnosti naslova i ključnih riječi u njemu, što važi i za znanstvene radove, a ne samo za novinske članke. Radije ću reći da je proizvodnja električne energije samo nusprodukt pri pročišćavanju otpadne vode, jer se navedenim postupkom može oksidirati do 85,5 % organske tvari, uz pretvaranje više od 30 % energije oksidacije u električnu struju. Ne manje je važna činjenica da se anoda dobiva na ekološki prihvatljiv način, karbonizacijom grožđa. Koristiti grožđe kao sirovinu za proizvodnju ugljena ne zvuči baš mudro, no treba uzeti u obzir da mnogo grožđa zbog kvarenja završi na otpadu i da se konačno, u daljnjoj razradi tehnološkog postupka, umjesto grožđa može koristiti trop. Ukratko: jedan će otpad služiti za uklanjanje drugog uz dobivanje električne energije. Tako smo se na kraju ovog članka vratili na početak, na njegov naslov.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je oko 3000 znanstveno-popularnih članaka te 16 znanstveno-popularnih knjiga. Poljednja je "Antologija hrvatske popularizacije prirodnih znanosti"-