Микробная электролитическая ячейка
Микробная электролитическая ячейка

Микробная электролитическая ячейка ( МЭЯ ) — это технология, связанная с микробными топливными ячейками (МТЯ). В то время как МТЯ вырабатывают электрический ток из микробного разложения органических соединений, МЭЯ частично обращают процесс вспять, чтобы вырабатывать водород или метан из органического материала, применяя электрический ток. [1] Электрический ток в идеале должен вырабатываться возобновляемым источником энергии. Полученный водород или метан можно использовать для производства электроэнергии с помощью дополнительного топливного элемента PEM или двигателя внутреннего сгорания.

Микробные электролизные ячейки

Системы MEC основаны на ряде компонентов:

Микроорганизмы – прикреплены к аноду. Идентичность микроорганизмов определяет продукцию и эффективность МЭК.

Материалы – Материал анода в MEC может быть таким же, как и в MFC, например, углеродная ткань, углеродная бумага, графитовый войлок, графитовые гранулы или графитовые щетки. Платина может использоваться в качестве катализатора для снижения перенапряжения, необходимого для производства водорода . Высокая стоимость платины стимулирует исследования биокатодов как альтернативы. Или в качестве другой альтернативы катализатору, пластины из нержавеющей стали использовались в качестве катодных и анодных материалов. [2] Другие материалы включают мембраны (хотя некоторые MEC являются безмембранными), а также трубки и системы сбора газа. [3]

Генерация водорода

Электрогенные микроорганизмы, потребляющие источник энергии (например, уксусную кислоту ), высвобождают электроны и протоны, создавая электрический потенциал до 0,3 вольт. В обычном МТЭ это напряжение используется для выработки электроэнергии. В МЭК дополнительное напряжение подается на ячейку из внешнего источника. Объединенного напряжения достаточно для восстановления протонов, производя водородный газ. Поскольку часть энергии для этого восстановления извлекается из бактериальной активности, общая электрическая энергия, которая должна быть подана, меньше, чем для электролиза воды в отсутствие микробов. Производство водорода достигло 3,12 м3H2 / м3д при входном напряжении 0,8 вольт . Эффективность производства водорода зависит от того, какие органические вещества используются. Молочная и уксусная кислоты достигают эффективности 82%, в то время как значения для необработанной целлюлозы или глюкозы близки к 63%.
Эффективность обычного электролиза воды составляет от 60 до 70 процентов. Поскольку MEC преобразуют непригодную биомассу в пригодный для использования водород, они могут производить на 144% больше пригодной для использования энергии, чем потребляют в виде электроэнергии.
В зависимости от организмов, присутствующих на катоде, MEC также могут производить метан с помощью связанного механизма.

Расчеты
Общее восстановление водорода рассчитывалось как RH 2 = C E R Cat . Кулоновская эффективность равна C E =( n CE / n th ), где n th — моли водорода, которые могли бы быть теоретически получены, а n CE = C P /(2 F ) — моли водорода, которые могли бы быть получены из измеренного тока, C P — общее количество кулонов, рассчитанное путем интегрирования тока по времени, F — постоянная Фарадея, а 2 — моли электронов на моль водорода. Катодное восстановление водорода рассчитывалось как R Cat = n H2 / n CE , где n H2 — общее количество молей произведенного водорода. Выход водорода ( Y H2 ) рассчитывался как Y H2 = n H2 / n s , где n s — удаление субстрата, рассчитанное на основе химической потребности в кислороде (22). [4]

Использует

Водород и метан могут использоваться как альтернативы ископаемому топливу в двигателях внутреннего сгорания или для выработки электроэнергии. Подобно МФЭ или заводам по производству биоэтанола , МЭК обладают потенциалом для преобразования органических отходов в ценный источник энергии. Водород также может быть объединен с азотом в воздухе для получения аммиака, который может быть использован для производства аммиачного удобрения. Аммиак был предложен в качестве практической альтернативы ископаемому топливу для двигателей внутреннего сгорания. [5]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Badwal, SPS (2014). "Развивающиеся электрохимические технологии преобразования и хранения энергии". Frontiers in Chemistry . 2 : 79. Bibcode : 2014FrCh....2...79B. doi : 10.3389 /fchem.2014.00079 . PMC  4174133. PMID  25309898.
  2. ^ Азвар, MY; Хуссейн, MA; Абдул-Вахаб, AK (1 марта 2014 г.). «Развитие производства биоводорода с помощью фотобиологических, ферментационных и электрохимических процессов: обзор». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 31 (Приложение C): 158–173. doi :10.1016/j.rser.2013.11.022.
  3. ^ Медиа, BioAge. «Конгресс по экологичным автомобилям: исследование пришло к выводу, что микробные электролизные ячейки являются многообещающим подходом к возобновляемому и устойчивому производству водорода». www.greencarcongress.com .
  4. ^ Шаоань Чэн; Брюс Э. Логан (20 ноября 2007 г.). «Устойчивое и эффективное производство биоводорода с помощью электрогидрогенеза». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (47): 18871–18873. Bibcode : 2007PNAS..10418871C. doi : 10.1073/pnas.0706379104 . PMC 2141869. PMID  18000052 . 
  5. ^ "Penn State Live". Архивировано из оригинала 2009-05-12 . Получено 2009-06-26 .
  • MY Azwar, MA Hussain, AK Abdul-Wahab (2014). Развитие производства биоводорода фотобиологическими, ферментационными и электрохимическими процессами: обзор. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики. Том 31, март 2014 г., страницы 158–173. Авторские права 2017 Elsevier BV http://doi.org/10.1016/j.rser.2013.11.022
  • Национальный научный фонд
  • Университет Квинсленда
  • Научный блогинг
  • [1]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Microbial_electrolysis_cell&oldid=1182968755"