РЕКЛАМА

Микробне горивне ћелије у тлу (СМФЦ): нови дизајн би могао да користи животној средини и пољопривредницима 

Микробне горивне ћелије у земљишту (СМФЦ) користе природне бактерије у тлу за производњу електричне енергије. Као дугорочни, децентрализовани извор обновљиве енергије, СМФЦ би могли да се стално користе за праћење различитих услова животне средине у реалном времену и такође могу допринети расту прецизне пољопривреде и паметних градова. Међутим, упркос томе што постоје више од једног века, практична примена СМФЦ-а је скоро непостојећа због недоследности у излазној снази. Тренутно не постоји СМФЦ који може константно да производи електричну енергију ван услова високе влажности воде. У недавној студији, истраживачи су креирали и упоредили различите верзије дизајна и открили да вертикални дизајн ћелије побољшава перформансе и чини СМФЦ отпорнијим на промене влажности тла.   

Микробиолошки гориве ћелије (МФЦ) су биореактори који производе електричну енергију претварањем енергије у хемијским везама органских једињења у електричну енергију путем биокатализе микроба. Електрони ослобођени у анодном одељку бактеријском оксидацијом супстрата се преносе на катоду где се комбинују са јонима кисеоника и водоника.  

Биохемијске реакције под аеробним условима, на пример, за ацетат као супстрат су: 

полу-реакција оксидације на аноди 

CH3ЦОО- + 3Х2О → ЦО2 +ХЦО3- + 8Х+ +8е 

полуреакција редукције на катоди 

2 О. 2 + 8 Х + + 8 е -   → 4 Х 2 O 

У анаеробном окружењу, МФЦ могу користити биоотпад као супстрат за производњу електричне енергије. 

МФЦ имају потенцијал да служе као решење за еколошка питања одрживе енергије, глобално загревање и управљање биоотпадом. Има солидно кућиште за примену у областима где обичне хемијске батерије и соларни панели не испуњавају очекивања, као што су зелена инфраструктура, травњаци, мочваре или под земљом. У овим областима, соларни панели не раде ноћу и обично бивају прекривени прљавштином или вегетацијом, док се састојци хемијских батерија испуштају у околину. Микробне горивне ћелије у земљишту (СМФЦ) долазе као одрживи извор енергије у таквим областима у пољопривреди, травњацима, шумама и пустошима за напајање нискоенергетских уређаја.  

Микробне горивне ћелије у земљишту (СМФЦ) користе природне бактерије у тлу за производњу електричне енергије. У оптималним условима, СМФЦ могу произвести до 200 μВ снаге са напоном од 731 мВ. Као дугорочни, децентрализовани извор обновљиве енергије, СМФЦ-и би могли бити стално коришћени за праћење у реалном времену различитих услова животне средине и вођење политике. Ово такође може допринети расту паметних градова и фарми.  

Међутим, упркос томе што постоје више од једног века, практична примена СМФЦ-а на нивоу земље је веома ограничена. Тренутно не постоји СМФЦ који може константно да производи електричну енергију ван услова високе влажности воде. Недоследност у излазној снази се приписује разликама у условима животне средине, влажности земљишта, типовима земљишта, микробима који настањују земљиште итд. али промене у влажности земљишта имају највећи утицај на конзистентност излазне снаге. Ћелије треба да остану адекватно хидриране и оксигенисане за конзистентан излаз снаге, што може бити тешко питање када су закопане под земљом у сувој прљавштини.   

Вертикални дизајн ћелије побољшава перформансе и чини СМФЦ отпорнијим на промене влаге у земљишту.  

Недавна студија (која укључује двогодишњи итеративни процес дизајна са комбинованим подацима о примени СМФЦ-а од девет месеци) систематски је тестирала дизајн ћелија како би се дошло до општих смерница за дизајн. Истраживачки тим је креирао и упоредио четири различите верзије, укључујући традиционални дизајн у којем су и катода и анода паралелне једна са другом. Вертикални дизајн (верзија 2: хоризонтална оријентација аноде и вертикална оријентација катоде) горивне ћелије је показала да има најбоље перформансе. Добро је функционисао у опсегу влажности од поплављеног до донекле сувог стања.  

У вертикалном дизајну, анода (направљена од угљеника за хватање електрона које ослобађају бактерије) је закопана у влажном тлу окомито на површину земље док катода (направљена од инертног, проводљивог метала) седи вертикално на аноди хоризонтално на земљи ниво где је кисеоник лако доступан за завршетак полуреакције редукције.  

Излазна снага за дизајн била је значајно већа током читавог трајања када је ћелија била преплављена водом. Добро је функционисао од потпуно подводног стања до донекле сувог (41% запремине воде), али је и даље имао висок захтев од 41% запреминског садржаја воде (ВВЦ) да остане активан.  

Ова студија се бави питањем у вези са аспектом дизајна СМФЦ-а у правцу побољшања конзистентности и отпорности на промене влаге. Пошто су аутори пустили све дизајне, туторијале и алате за симулацију јавности да их користе и надограђују, надамо се да би ово требало да се преведе на ширу примену у различитим областима као што је прецизна пољопривреда у блиској будућности.  

*** 

Референце:  

  1. Висхванатхан АС, 2021. Микробне горивне ћелије: свеобухватан преглед за почетнике. 3 Биотецх. 2021. мај; 11(5): 248. Објављено онлајн 01. маја 2021. ДОИ: https://doi.org/10.1007/s13205-021-02802-y 
  1. десет Б., сар 2024. Рачунарство на бази тла: Инжењерски водич за практични дизајн горивих ћелија у земљишту. Објављено: 12. јануара 2024. Зборник радова АЦМ-а о интерактивним, мобилним, носивим и свеприсутним технологијама. Свеска 7. Свеска 4. Број чланка: 196 стр. 1–40. ДОИ: https://doi.org/10.1145/3631410 
  1. Нортхвестерн Университи. Вести - Горива ћелија на погон прљавштине ради заувек. Објављено 12. јануара 2024. Доступно на https://news.northwestern.edu/stories/2024/01/dirt-powered-fuel-cell-runs-forever/ 

*** 

Умесх Прасад
Умесх Прасад
Научни новинар | Оснивач уредник часописа Сциентифиц Еуропеан

Пријавите се на наш билтен

Да будете у току са свим најновијим вестима, понудама и специјалним најавама.

Најгледанији чланци

Расипање хране услед прераног одлагања: Јефтини сензор за тестирање свежине

Научници су развили јефтин сензор користећи ПЕГС технологију...

Повреда кичмене мождине (СЦИ): искоришћавање биоактивних скела за враћање функције

Самосастављене наноструктуре формиране коришћењем супрамолекуларних полимера који садрже пептидне амфифиле (ПА) који садрже...

3Д биоштампање по први пут саставља функционално људско мождано ткиво  

Научници су развили платформу за 3Д биоштампање која саставља...
- Адвертисемент -
94,852Фановикао
47,750ЧитаоциПратити
1,772ЧитаоциПратити
30ПретплатникаПријавите се