Научная аппаратура МТЭ предназначена для проведения исследований процесса получения электричества с помощью микроорганизмов-электрогенов и для отработки этого процесса в условиях невесомости (два космических эксперимента в рамках экспериментальной программы «Биоэлектричество»).Эта экспериментальная программа продолжает и развивает проблематику одного из цитированных выше КЭ на основе научной аппаратуры БИОКОНТ-ФЭ. Постановщиком программы «Биоэлектричество» является ГНЦ РФ ИМБП РАН при участии ГНЦ РФ ФГУП Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов (ГосНИИгенетика) и специалистов ООО НПП «БиоТехСис». В ходе КЭ будут решаться следующие задачи:
- исследование процессов формирования биопленок, содержащих микроорганизмы – электрогены на поверхности электродов в условиях невесомости;
- исследование влияния невесомости на величину электродных потенциалов микробного топливного элемента (МТЭ);
- исследование вклада седиментационного потенциала (потенциала Дорна) в величину электрического напряжения микробного топливного элемента;
- исследование энергетических характеристик процесса получения электричества с помощью микроорганизмов-электрогенов в условиях невесомости.
По результатам наземных экспериментов, а также экспериментов на борту КА «Фотон-М» №3 и «Бион-М» №1 для использования в КЭ «Биоэлектричество» была отобрана наиболее активная бактерия Shewanella oneidensis, обеспечивающая наибольший ток в МТЭ. В ранее проведённых космических экспериментах было показано, что при продолжительности полета 30 суток выживаемость штамма этих бактерий в условиях космического полета выше, чем в лабораторных условиях на Земле. Перспектива использования бактерии Shewanella oneidensis в космических проектах связана с потенциальной возможностью создания систем пилотируемых космических кораблей, обеспечивающих утилизацию бытовых отходов и выработку дополнительной электроэнергии в систему электроснабжения корабля.
Объектами исследований в экспериментальной программе «Биоэлектричество» являются электроды (аноды и катоды) и катионообменные мембраны, образующие микробный топливный элемент, а также микробные ассоциации и чистые культуры микроорганизмов – электрогенов.
Конструктивно научная аппаратура МТЭ представляет собой две камеры — анодную и катодную, разделенные ионоселективной мембраной. Органическое вещество и бактерии находятся в анодной камере в анаэробных условиях. Катод находится в аэробных условиях. Мембрана пропускает протоны из анодной (анаэробной) камеры в катодную (аэробную) и препятствует попаданию кислорода в анодную камеру. Анод соединен с катодом электрической цепью с определенной резистивной нагрузкой. Электроны проходят к конечному акцептору — протонам в катодной камере – через анод и электрическую цепь, создавая, таким образом, электрический ток. В состав научной аппаратуры МТЭ входят две ячейки («МТЭ» №1, «МТЭ» №2), каждая из которых состоит из корпуса, разделенного протонопроводящей мембраной на две электродные камеры: анодную и катодную. Катодная камера, в свою очередь, разделена полимерной газопроницаемой мембраной на жидкостную и газовоздушную части для подвода кислорода из окружающего воздуха в католит. Каждая камера снабжена штуцерами и кранами для обеспечения снаряжения аппаратуры.
Межэлектродный потенциал и температура корпуса ячейки измеряется и записывается автономным регистратором. Выполнение экспериментов происходит автономно в автоматическом режиме в течение всего полёта КА «Фотон-М» №4 (включая пребывание в снаряженном состоянии на космодроме). Научная аппаратура является автономной и размещается внутри СА.
В результате космических экспериментов с электрогенными бактериями впервые будут исследованы в комплексе как интегральная реакция электрогенных бактерий на космический полёт, так и процессы получения микробиологического электричества в условиях этого полёта. В КЭ «Биоэлектричество» будут изучены электрокинетические явления «космического» микробиологического электричества. Полученные результаты должны помочь созданию возобновляемых источников энергии как в космосе, так и на Земле, могут привести к формированию новых методов решения ряда экологических проблем.
Способ возвращения результатов космических экспериментов
Результаты КЭ возвращаются на Землю вместе с научной аппаратурой (прибор является автономным).
