Mikrobiální elektrolýza - Microbial electrolysis cell

Mikrobiální elektrolýza

A mikrobiální elektrolýza (MEC) je technologie související s Mikrobiální palivové články (MFC). Zatímco MFC produkují elektrický proud z mikrobiálního rozkladu organických sloučenin MEC částečně zvrátí proces generování vodík nebo metan z organického materiálu působením elektrického proudu.[1] V ideálním případě by elektrický proud byl vyráběn z obnovitelného zdroje energie. Vyrobený vodík nebo metan lze použít k výrobě elektřiny pomocí dalšího palivového článku PEM nebo spalovacího motoru.

Mikrobiální elektrolytické články

Systémy MEC jsou založeny na řadě komponent:

Mikroorganismy - jsou připojeny k anodě. Identita mikroorganismů určuje produkty a účinnost MEC.

Materiály - Anodový materiál v MEC může být stejný jako MFC, jako je uhlíková tkanina, uhlíkový papír, grafitová plsť, grafitové granule nebo grafitové kartáče. Platinu lze použít jako katalyzátor ke snížení nadměrný potenciál potřebné pro výrobu vodíku. Vysoké náklady na platinu pohánějí alternativně výzkum biokatod. Nebo jako další alternativa pro katalyzátor byly desky z nerezové oceli použity jako katodové a anodové materiály.[2] Mezi další materiály patří membrány (i když některé MEC jsou bez membrán) a potrubí a systémy sběru plynů.[3]

Generování vodíku

Elektrogenní mikroorganismy spotřebovávající zdroj energie (např octová kyselina ) uvolňují elektrony a protony a vytvářejí elektrický potenciál až 0,3 voltu. V konvenčním MFC se toto napětí používá k výrobě elektrické energie. V MEC je do článku dodáváno další napětí z vnějšího zdroje. Kombinované napětí je dostatečné k snížit protony, produkující plynný vodík. Jelikož část energie pro tuto redukci pochází z bakteriální aktivity, je celková elektrická energie, která musí být dodána, menší než pro elektrolýza vody v nepřítomnosti mikrobů. Produkce vodíku dosáhla až 3,12 m3H2/ m3d se vstupním napětím 0,8 voltu. Účinnost výroby vodíku závisí na použitých organických látkách. Kyselina mléčná a kyselina octová dosahují 82% účinnosti, zatímco hodnoty pro nezpracovanou celulózu nebo glukózu se blíží 63%.
Účinnost normální elektrolýzy vody je 60 až 70 procent. Jelikož MEC přeměňuje nepoužitelnou biomasu na využitelný vodík, může produkovat o 144% více využitelné energie, než kolik spotřebuje jako elektrická energie.
V závislosti na organismech přítomných na katodě mohou MEC také produkovat metan souvisejícím mechanismem.

Výpočty
Celková výtěžnost vodíku byla vypočtena jako RH2 = CERKočka. Coulombická účinnost je CE=(nCE/nth), kde nth je mol vodíku, který by mohl být teoreticky vyroben a nCE = CP/(2F) je mol vodíku, který by mohl být vyroben z měřeného proudu, CP je celkový coulomb vypočítaný integrací proudu v čase, F je Faradayova konstanta a 2 jsou moly elektronů na mol vodíku. Výtěžek katodického vodíku byl vypočítán jako RKočka = nH2/nCE, kde nH2 je celkový počet vyrobených molů vodíku. Výtěžek vodíku (YH2) byla vypočtena jako YH2 = nH2 /ns, kde ns je odstranění substrátu vypočítané na základě chemické spotřeby kyslíku (22).[4]

Použití

Vodík i metan lze použít jako alternativu k fosilním palivům vnitřní spalovací motory nebo pro výrobu energie. Jako MFC nebo bioethanol MEC mají potenciál přeměnit odpadní organickou hmotu na cenný zdroj energie. Vodík lze také kombinovat s dusíkem ve vzduchu za vzniku amoniaku, který lze použít k výrobě amonného hnojiva. Amoniak byl navržen jako praktická alternativa k fosilním palivům pro spalovací motory.[5]

Viz také

Reference

  1. ^ Badwal, SPS (2014). „Rozvíjející se technologie elektrochemické přeměny a skladování energie“. Hranice v chemii. 2: 79. Bibcode:2014FrCh .... 2 ... 79B. doi:10.3389 / fchem.2014.00079. PMC  4174133. PMID  25309898.
  2. ^ Azwar, M. Y .; Hussain, M. A .; Abdul-Wahab, A. K. (1. března 2014). „Vývoj produkce biovodíku fotobiologickými, fermentačními a elektrochemickými procesy: přehled“. Recenze obnovitelné a udržitelné energie. 31 (Dodatek C): 158–173. doi:10.1016 / j.rser.2013.11.022.
  3. ^ Média, BioAge. „Kongres Green Car: Studie dospěla k závěru, že buňky mikrobiální elektrolýzy jsou slibným přístupem k obnovitelné a udržitelné výrobě vodíku“. www.greencarcongress.com.
  4. ^ Shaoan Cheng; Bruce E. Logan (20. listopadu 2007). „Udržitelná a účinná produkce biohydrogenu prostřednictvím elektrohydrogeneze“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 104 (47): 18871–18873. Bibcode:2007PNAS..10418871C. doi:10.1073 / pnas.0706379104. PMC  2141869. PMID  18000052.
  5. ^ „Penn State Live“. Archivovány od originál dne 12. 5. 2009. Citováno 2009-06-26.
  • MŮJ. Azwar, M.A. Hussain, A.K. Abdul-Wahab (2014). Vývoj produkce biovodíku fotobiologickými, fermentačními a elektrochemickými procesy: přehled. Recenze obnovitelné a udržitelné energie. Svazek 31. března 2014, strany 158–173. Copyright © 2017 Elsevier B.V. http://doi.org/10.1016/j.rser.2013.11.022

externí odkazy