Mikrobial Yakıt Hücrelerinin Uzak Ekstra Operasyon Operasyonları Potansiyeli

Uzak ekstraksiyon operasyonları - petrol ve gaz, madencilik veya su pompası - organik atıklardan elektrik üretmek için umut verici bir alternatif sunuyor.Bu biyolojik elektrik üretimi bir varlık haline gelebilir (enerji) çevresel ayak izi azaltırken.

Mikrobial Yakıt Hücreleri Nasıl Çalışıyor

Mikrobiy yakıt hücreleri, organik substratlarda depolanan kimyasal enerjiyi organik yüzeylerde (örneğin, mikroorganizmaların katalitik aktiviteleriyle birleştirmektedir.)Endüstriyel yakıt hücreleri, bir proton-exchange membranı (veya bazen bir tuz köprüsü) ile ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı bir elektronlar oluşturur.

Anahtar bileşenleri ve rolleri

  • [FONT:0]Anode elektrode:[Dönetici:[Dönetici: 1) Genellikle karbon bazlı malzemelerden (grafi hissedilir, karbon bez veya karbon fırça) bakteri ve elektron transfer için büyük bir yüzey alanı sağlar.
  • [FONT:0]Kathode elektrode:[Dönetici:[Dönetici:0) Genellikle platin, karbon bazlı katalizörler veya oksijen azaltımı reaksiyonunu kolaylaştırmak için biyokatalystler kullanır.
  • [FONT:0)Proton-exchange membranı:[Döntilmiş: [Döntilmiş: 1) Oksijen difüzyonunu önlemek ve anolyte ve katholyte karıştırırken seçici proton taşımasına izin verir.
  • [FONT:0)Substrate feed:[Dönetici yakıt kaynağının kaynağı – atık su, tarım kalıntıları veya hatta lignocellulosic biomass from the ekstraksiyon sitesinden.

Elektron Transfer Mechanisms

Electrojenik bakteriler, elektronları üç ana rota aracılığıyla anode'ye transfer edebilir:

  1. [FONT:0)Direct temas: Dış işaretçik cytokromlar fiziksel olarak elektrot yüzeyine dokunur.
  2. [FONT=0)Nanowires:[Dönetici:[Dönetici:0)[[değiştir | kaynağı değiştir]) Elektron mesafeler üzerindeki elektronları kapat.
  3. [FONT:0]Mediators:[Dönetici:0) Exojen veya kendi ürettiği kırmızıox medyacılar (örneğin, phenazines, quins) hücreden elektrotlara elektron taşır.

Bu mekanizmaları anlamak, gelişmiş elektron-transfer yetenekleri ile genetik olarak değiştirilmiş bakterileri araştırmak için çok önemlidir. [Uygun işlemler için pratik güç kesintileri sunabilecektir.]

Uzak Ekstraksiyon Operasyonları için Avantajları

MFCs, izole ekstraksiyon sitelerinde geleneksel güç kaynakları üzerinde birkaç eşsiz avantaj sunar:

Sürdürülebilir Yakıt Kaynağı Kaynağı

Uzak ekstraksiyon siteleri genellikle organik atık akışları üretir: sondaj çamurları, hidrokarbonlarla su üreterek, kamplardan yiyecek kaybı veya araziden biyokütme siteleri bu atıkları doğrudan elektrik haline getirebilir, aynı anda atıkları tedavi edebilir ve enerji üretir.

Düşük Bakım ve Longevity

Dizel jeneratörlerin aksine, MFC'ler hareket eden parçalara sahiptir (örneğin, recirculation için pompalar hariç).En az müdahale ile aylarca çalışabilirler. Mikrobial topluluklar kendini özleleştirebilir ve elektrolar genellikle hızlı bir şekilde bozulmaz. İyi tasarlanmış bir MFC yığını sadece periyodik substratı yenileme ve membran temizliği gerektirebilir.

merkezileştirilmiş, modüler Power

MFC birimleri, ekipman için birkaç watt'dan ölçeklenebilir, ekipman için kilowatt'a kadar ölçeklenebilir. Doğrudan iyi bir şekilde, boru hattına veya mayın miline yerleştirilir, iletim kayıpları ve şebeke bağımlılıkları ortadan kaldırır.For offshore platformlar veya Arctic matkap siteleri için, MFCs, hafif, güvenli bir enerji çözümü sunar.

Çevre Uyumu

Emisyonları giderek daha fazla azaltın ve atık tedavisi. MFCs neredeyse gazlı emisyonlar (CO2 serbest bırakıldı) ve enerji alanında organik kirleticiler azaltılabilir veya MFC'leri entegre atık-enerji sistemleri için yıkıcı bir teknoloji olarak vurgulamıştır.

Meydanlar ve Güncel Sınırlar

Onların sözlerine rağmen, MFCs, ekstraksiyon operasyonlarında yaygın olarak kabul edilmeden önce üstesinden gelmeleri gereken önemli engellerle karşı karşıyadır:

Low Power Mechanic

Çoğu MFCs, 0.1-1 W /m2 elektrot alanı aralığında güç kesintileri üretir, çok daha yüksek elektrot mimarileri (örneğin, büyük elektrod ayak izi anlamlı bir güç için gereklidir. Örneğin, bir 5 kW pompanın gücü nanomalzeme kaplamalarında birkaç yüz metrekare gerektirir.

Scalability and Cost

MFC binlerce bireysel hücreli yığınlar, üretim karmaşıklığını, sıvı dağıtım sorunlarını ve maliyetle tanıştırıyor. Proton-exchange membranları (örneğin, Nafion) pahalı ve asil metal katalizörler ek maliyet. Efforts daha ucuz membranları kullanmak için (ceramic separatorlar, eğitim-exchange membranları) ve nonprecious metal katalizörleri (örneğin, demir-g.g.)

İşletim Koşulları

Uzak ekstraksiyon siteleri aşırı sıcaklıklar, değişken pH, selamlama ve baskı yaşayabilir. Çoğu elektrojenik bakteri de midelerde gelişebilir (20-40C) Psychrofilik veya termophilic sular karakterize edilir, ancak sert koşullar altında gerçek dünya operasyonu presvendir.

Uzun Süreli Stability

Elektronlar üzerinde biyofilm büyümesi zaman içinde istikrarsız hale gelebilir, non-electrojenik bakteriler istenen türlerin tükenmesini sağlar. membranların ve elektrotların sürekli izlemesini ve zaman biyo-yaşımının gerekli olabileceğini, operasyonel karmaşıklığı ekleyerek.

Vaka Çalışmaları ve Kanıtlama Uygulamaları

Birkaç pilot proje, MFC'nin uzaktan ortamlardaki kullanılabilirliği gösterdi, teknolojinin potansiyelinin bir bakışını sağladı:

Petrol Tarı Üretti

Permian Basin'de, bir konsorsiyum, küçük bir sensör ağının gücünü elde ederken 1 m3 MFC sistemi test etti. Sistem organik kirleticilerin %80'ini kaldırdı ve 15 W/m3 reaktör hacmini çalıştırmaya rağmen, MFC'lerin oksijenli tedavi gölleri yerine getirebileceğini kanıtladı.

Uzak Meteorolojik İstasyonlar

Texas Üniversitesi, bir Arctic araştırma istasyonunun yakınında ıslak bir alanda bir sedisyon MFC'yi kurdu. Bu, bakımsız altı ay boyunca doğal olarak organik bir mesele olan bir birim, yüksek ortamlarda ultra-düşük güç cihazlarına hizmet edebilir.

Mine Tailings Remediation

Şili'deki bir pilot, bakır madenciliğinden asit madenini tedavi etmek için inşa edilmiş ıslak bir ülke ile bir araya geldi. MFCs sulfates ve metalleri çıkardı ve ıslak toprak alanından 5,5 W üretti.

Future Prospects and Research

Uzak ekstraksiyon için ticari MFC'ler için yol, malzemeler inovasyon, sistem entegrasyonu ve biyolojik optimizasyonda yatıyor:

Gelişmiş elektrot Malzemeleri

Grafenes köpükler, karbon nanotüpler ve iletken polimerler yüzey alanını ve elektron transfer oranlarını artırıyor. Araştırmacılar ayrıca metal-organik çerçeveleri (MOFs) hem iletkenliği hem de biyokompatabilitelerini artıran elektrotlar olarak araştırıyorlar.

Hybrid Systems

MFC'leri diğer yenilenebilir teknolojilerle birleştirmek -güneş, rüzgar veya hidrojen yakıt hücreleri - örneğin, güneş panelleri top yükleri idare edebilir, MFC'ler gece yığınlarından temel yük gücü sağlarken, örneğin, güneş ışığı sistemleri dayanıklı mikrogridler oluşturabilir. Örneğin, gün ışığı altında güneş panelleri zirve yükleri idare edebilir, MFCs, su yüklerini geceleyin azaltır.

Mühendis Microbiomes

Sentetik biyoloji, gelişmiş elektron taşıma zincirlerinin beş kat daha verimli hale getirilmesine olanak tanır.(T:0)Mühendislik[Dönetici: 2 )Shewanella)

Güç Yönetimi Elektronik

MFCs düşük gerilim (0.3-0.8 V per cell) ve dalgalanma gücü üretir. Özel DC-DC dönüştürücüler ve enerji hasat çipleri (örneğin, Texas Instruments' BQ25570) pratik yükler için çıktıyı artırabilir ve stabilize edebilir.Bu elektronikler daha basit hale gelir, MFC entegrasyonu daha basit hale gelir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Mikrobial yakıt hücreleri uzaktan uzaklaştırma işlemleri için bir paradigma değişikliğini temsil eder: Bir lineer yakıt taşıma modeli ve atıkların elektrik haline geldiği dairesel bir sisteme tasarruf eder.Mevcut güç kesintileri ve maliyetler, düşük güç uygulamaları, hızlı gelişmeler, düşük bakımlı enerjiler ve sistem mühendisliği boşlukları kapanıyor.