Khả năng của tế bào nhiên liệu vi sinh trong việc cung cấp năng lượng cho các hoạt động khai thác từ xa

Các hoạt động khai thác từ xa-- dù trong dầu và khí đốt, khai thác, hay nước--trong suốt cuộc đấu tranh với sức mạnh đáng tin cậy và bền vững. Máy phát điện tử có giá trị cao để chạy, cần thường xuyên bảo trì và sản xuất ra khí thải. Phần mở rộng không thực tế trong khoảng cách lớn. Tế bào nhiên liệu vi sinh (MFC) cung cấp một sự thay thế hứa hẹn bằng cách khai thác các hoạt động trao đổi chất của vi khuẩn để tạo ra điện từ chất thải hữu cơ. Thế hệ sinh học này có thể biến một i vững mạnh (ít) thành một tài sản (sức mạnh) trong khi giảm dấu chân môi trường. Khi các tế bào nhiên liệu vi sinh vật liệu vi sinh học trưởng thành, các công nghệ này có thể trở thành một đá tảng năng lượng từ xa.

Tế bào nhiên liệu vi sinh hoạt như thế nào

Các tế bào nhiên liệu vi sinh học là các thiết bị sinh học hóa học chuyển đổi màng hạt proton (hoặc đôi khi là cầu muối). Trong khoang điện tử, vi khuẩn điện tử (như [FLT: 0]Shewan một [FL1] và một ngăn cách giữa các hộp chứa than, tách ra bởi một màng hạt proton (hay đôi khi là một cầu muối). Trong khoang chứa điện (chẳng hạn như [FLTTTTT], Shewanad [FL): một bộ phận điện tử điện tử, một trong tử, một trong các điện tử, một trong các chất lỏng, một trong các chất lỏng điện tử, một trong các chất lỏng điện tử, để kết hợp điện tử, một chất lỏng điện tử, hoặc một chất lỏng điện tử, để hấp dẫn điện tử, hoặc một chất lỏng điện tử, để chuyển hóa qua chất lỏng điện tử, hoặc một chất lỏng điện tử điện tử có thể hấp dẫn qua một trong một hệ thống định dạng điện tử điện tử.

Thành phần then chốt và vai trò của họ

  • Anode code ccode:1] thường được làm từ các vật liệu dựa trên carbon (có cảm giác như chất dẻo, vải cacbon, hoặc cọ vẽ carbon) tạo ra một diện tích lớn cho sự kết dính vi khuẩn và chuyển hóa electron.
  • Điện cực:) thường dùng chất xúc tác dựa trên carbon, hoặc chất xúc tác sinh học để tạo phản ứng giảm oxy.
  • màng thay đổi proton:) cho phép vận chuyển proton chọn lọc trong khi ngăn chặn sự khuếch tán oxy và trộn anlyte và catifate.
  • Nguồn thức ăn ngầm:) Nguồn nhiên liệu hữu cơ--có thể là nước thải, chất thải nông nghiệp, hoặc thậm chí là chất sinh học vô cơ từ nơi khai thác.

Hệ thống chuyển đổi điện từ

Vi khuẩn có thể chuyển điện tử vào trong lõi thông qua ba tuyến đường chính:

  1. Tiếp xúc Người ngoài hành tinh cytocomes chạm vào bề mặt điện cực.
  2. Các dây điện: dẫn điện (v., trong ) máy ] đóng vai trò là nano điện tử sinh học, đóng các electron trong khoảng cách vi mô.
  3. Các nhà cách mạng: Exgenous hoặc tự sản xuất ra các người trung gian đỏ (v. d., phenazines, quinones) mang điện tử từ tế bào đến điện cực.

Hiểu được những cơ chế này là thiết yếu cho kỹ thuật kỹ thuật biến đổi cao MFC, có thể cung cấp những nguồn năng lượng thực tiễn cho các hoạt động từ xa.

Lợi thế cho các thao tác lấy mẫu từ xa

MFC cho chúng ta nhiều lợi ích độc đáo từ nguồn năng lượng thông thường trong các khu vực tách biệt:

Nguồn nhiên liệu có thể duy trì

Các khu vực khai thác ở xa thường tạo ra những dòng chất thải hữu cơ: khoan bùn, sản xuất nước bằng hydro carbon, chất thải thực phẩm từ các trại, hoặc chất thải sinh học từ bãi bỏ đất đai.

Sự bảo trì thấp và sự lâu dài

Không giống máy phát dầu diesel, các phần tử MFC không có bộ phận di chuyển (trừ máy bơm để tái tạo). Chúng có thể hoạt động liên tục hàng tháng với sự can thiệp tối thiểu. Các cộng đồng vi sinh có thể tự phát triển, và các điện cực thường không giảm thiểu nhanh. Một chồng MFC được thiết kế tốt có thể chỉ cần thiết kế tuần hoàn phụ bổ sung và làm sạch màng.

Phân tâm, quyền lực tập trung

Các đơn vị MFC có thể được triển khai theo hàng loạt, phóng to từ vài watt cho mạng cảm biến đến kW/n. Chúng có thể được đặt trực tiếp vào đầu giếng, đường ống, hoặc hầm mỏ, loại bỏ các phụ thuộc truyền và mạng lưới. Đối với các nền tảng bên ngoài hoặc khoan Bắc Cực, MFC cung cấp một giải pháp an toàn, không cần nhiên liệu dễ cháy.

Tính tương thích môi trường

Các nhà chế độ cai nghiện ngày càng giảm nhu cầu thải và xử lý chất thải. các công ty sử dụng phương pháp này không sản xuất khí thải khí thải (CO2 thải sinh học) và có thể làm suy giảm chất ô nhiễm sinh học trong việc sản xuất nước hoặc đuôi. Các công ty sử dụng MFC có thể cải thiện lượng ESG (Enronctical, xã hội, Trung ương) và có khả năng kiếm được các bon. [FL:0] Bộ Năng lượng [FL:0] Bộ Năng lượng [FLT] đã làm nổi bật các thiết bị biến đổi chất thải của họ như một hệ thống phân hủy của công nghệ để tích chất thải.

Những thử thách và giới hạn hiện tại

Mặc dù họ đã hứa, nhưng MFCs phải đối mặt với những trở ngại đáng kể cần vượt qua trước khi được nhận nuôi rộng rãi trong các hoạt động giải cứu:

Mật độ điện thấp

Hầu hết các trường MFC sản xuất các hố điện trong phạm vi 1 W/m2 diện tích điện cực, dưới động cơ đốt (thường là 1 kW/m2). Điều này có nghĩa là các dấu chân điện cực lớn cần thiết cho năng lượng có ý nghĩa. Ví dụ, cấp năng lượng cho một máy bơm 5 kW có thể yêu cầu vài trăm mét vuông bề mặt điện cực. Các tiến bộ trong lớp vải điện tử nano và kiến trúc 3D đang đẩy các hang động cao hơn, nhưng các ngưỡng thực tế vẫn còn khó nắm bắt.

Khả năng tính toán và chi phí

Xây dựng những chồng chứa các tế bào có hàng ngàn tế bào riêng biệt đưa ra những thách thức sản xuất phức tạp, phân phối dịch thuật và chi phí. Các màng thay đổi protonexexctlines (v. d., Nafion) rất đắt, và chất xúc tác cao cấp của cơ thể tăng thêm chi phí. Những nghiên cứu [FT: 1] chứng minh rằng các chất lỏng phân chia lỏng (chi tiết thô, màng tách rời lớp màng) và chất xúc tác dụng kim loại không hấp dẫn (v.v. d.

Điều kiện điều hành

Những nơi khai thác từ xa có thể trải qua nhiệt độ cực kỳ, biến PH, salinity và áp suất cao. Phần lớn vi khuẩn điện tử phát triển mạnh ở nhiệt độ mesophilic (20–40 °C). Tâm lý học hoặc các chủng nhiệt philic được đặc trưng, nhưng hoạt động mạnh mẽ, thực tế dưới điều kiện khắc nghiệt vẫn không có tác dụng.

Tính bền vững lâu

Sự tăng trưởng của các điện cực có thể trở nên bất ổn theo thời gian, với vi khuẩn không phân chia chất gây nghiện ngoài sức hấp dẫn của các loại vi khuẩn.

Nghiên cứu và chứng minh các ứng dụng phòng ngừa

Một số dự án phi công đã chứng minh khả năng sử dụng MFC trong các thiết lập từ xa, cho thấy một cái nhìn thoáng qua về tiềm năng của kỹ thuật:

Dầu trường sản xuất nước

Trong nền Permian, một tập đoàn đã kiểm tra một hệ thống MFC có xử lý sản xuất nước trong khi tạo ra đủ điện năng để tạo ra một mạng lưới cảm biến nhỏ. Hệ thống này đã gỡ bỏ 80% chất ô nhiễm hữu cơ và sản xuất 15 W/m3 khối lượng lò phản ứng. Mặc dù không đủ để chạy máy bơm, nó chứng minh rằng các hồ sơ này có thể thay thế các hồ tiêu điều trị aerbic bằng năng lượng dương tính.

Trạm khí tượng ở xa

Đơn vị này sử dụng tự nhiên vật chất hữu cơ trong trầm tích để cung cấp năng lượng cho nhiệt độ và cảm biến áp suất trong hơn 6 tháng mà không cần bảo trì.

Tôi chữa lành vết thương

Một phi công ở Chile kết hợp MFCs với một đất ẩm ướt được xây dựng để xử lý các đường ống dẫn axit từ khai thác đồng.

Triển vọng và sự hướng dẫn trong tương lai

Con đường dẫn đến các MFC thương mại cho việc khai thác từ xa là sự đổi mới vật liệu, sự tích hợp hệ thống và tối ưu hóa sinh học:

Vật liệu điện từ cấp cao

Các nhà nghiên cứu cũng đang khám phá các khuôn khổ kim loại (MOF) như là lớp điện cực có thể làm tăng khả năng điều khiển và tương thích sinh học.

Hệ thống lai

Kết hợp các MFC với các công nghệ tái tạo khác -- máy tạo, gió, hoặc pin nhiên liệu hydro có thể tạo ra các vi mạch bền vững. Ví dụ, trong khi các tấm năng lượng mặt trời có thể xử lý các vật liệu lớn nhất, trong khi các MFC cung cấp năng lượng phụ từ dòng chất thải vào ban đêm.

Vi sinh học kỹ thuật

Sinh học tổng hợp cho phép thiết kế các hợp chất phức tạp hữu cơ (bao gồm hydro carbon) hiệu quả hơn.

Điện tử quản lý nguồn điện

Các thiết bị chuyển đổi và sử dụng năng lượng của Bộ Quốc phòng (v. d. g., máy điện áp BQ25570) có thể tăng và ổn định kết xuất của các vật liệu thực tế. Vì các thiết bị điện tử này trở nên rẻ hơn, sự tích hợp của Bộ Quốc phòng Texas trở nên dễ dàng hơn.

Kết luận

Tế bào nhiên liệu vi sinh đại diện một sự thay đổi mô hình để cung cấp năng lượng cho các hoạt động khai thác từ xa: từ một mô hình tuyến tính về giao thông nhiên liệu và xử lý chất thải đến một hệ thống xử lý rác thải, nơi mà chất thải trở thành điện. Trong khi các cơ sở năng lượng hiện tại và chi phí hạn chế ngay lập tức việc triển khai, ứng dụng năng lượng thấp, tiến bộ nhanh chóng trong vật liệu, vi sinh vật liệu vi sinh học, và kỹ thuật hệ thống đang đóng lại khoảng cách. Việc khai thác phân vùng bị hạn chế bởi sự nhạy cảm môi trường hoặc sự ràng buộc bản địa. Trong trường, việc giám sát kỹ thuật MC và đầu tư vào các dự án thí nghiệm phi công. Với các thiết bị điều khiển tiếp tục phát triển, các ứng dụng năng lượng phát triển MC có thể cung cấp năng lượng sạch, ít năng lượng điện tử có thể tạo ra các mục tiêu bền vững và giảm thiểu các khả năng hoạt động. Các khả năng tiềm năng hoạt động không chỉ là khả năng tạo ra các chất và duy nhất trong việc xử môi trường, mà còn hiệu ứng xử lý môi trường, mà còn cho phép xử lý môi trường.