Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Ячейка для микробного электролиза

Микробной электролизер ( МЕС ) представляет собой технологию , связанные с микробных топливных элементов (MFC). В то время как MFC производят электрический ток в результате микробного разложения органических соединений, MEC частично обращают вспять процесс производства водорода или метана из органического материала путем подачи электрического тока. [1] В идеале электрический ток должен производиться из возобновляемых источников энергии. Произведенный водород или метан можно использовать для производства электроэнергии с помощью дополнительного топливного элемента PEM или двигателя внутреннего сгорания.

Ячейки для микробного электролиза [ править ]

Системы MEC состоят из ряда компонентов:

Микроорганизмы - прикрепляются к аноду. Идентичность микроорганизмов определяет продукты и эффективность MEC.

Материалы. Материал анода в MEC может быть таким же, как MFC, например углеродная ткань, копировальная бумага, графитовый войлок, графитовые гранулы или графитовые щетки. Платину можно использовать в качестве катализатора для снижения перенапряжения, необходимого для производства водорода. Высокая стоимость платины побуждает исследовать биокатоды в качестве альтернативы. Или в качестве другой альтернативы катализатору в качестве материалов катода и анода использовались пластины из нержавеющей стали. [2] Другие материалы включают мембраны (хотя некоторые МЭК безмембранные), а также системы труб и сбора газа. [3]

Производство водорода [ править ]

Электрогенные микроорганизмы, потребляющие источник энергии (например, уксусную кислоту ), выделяют электроны и протоны, создавая электрический потенциал до 0,3 вольт. В обычном MFC это напряжение используется для выработки электроэнергии. В MEC дополнительное напряжение подается на ячейку от внешнего источника. Комбинированного напряжения достаточно для уменьшения протонов с образованием газообразного водорода. Поскольку часть энергии для этого восстановления происходит за счет активности бактерий, общая электрическая энергия, которая должна подаваться, меньше, чем при электролизе воды в отсутствие микробов. Производство водорода достигло 3,12 м 3 H 2 / м 3.d с входным напряжением 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 преобразует непригодную биомассу в пригодный для использования водород, они могут производить на 144% больше полезной энергии, чем потребляют в виде электроэнергии.
В зависимости от организмов, присутствующих на катоде, МЭК могут также производить метан с помощью связанного механизма.

Расчеты
Общее извлечение водорода рассчитывали как RH 2 = C E R Cat . Кулоновский КПД равен C E = ( n CE / n th ), где n th - это моль водорода, который теоретически может быть произведен, а n CE = C P / (2 F ) - моль водорода, который может быть произведен из измеренный ток, C P - это общее количество кулонов, рассчитанное путем интегрирования тока во времени, F- постоянная Фарадея, а 2 - моль электронов на моль водорода. Катодное извлечение водорода рассчитывалось как R Cat = n H2 / n CE , где n H2 - общее количество моль произведенного водорода. Выход водорода ( Y H2 ) рассчитывали как Y H2 = n H2 / n s , где n s - удаление субстрата, рассчитанное на основе химической потребности в кислороде (22). [4]

Использует [ редактировать ]

И водород, и метан могут использоваться в качестве альтернативы ископаемому топливу в двигателях внутреннего сгорания или для выработки электроэнергии. Подобно МФУ или предприятиям по производству биоэтанола , МЭК могут превращать отходы органических веществ в ценный источник энергии. Водород также можно объединить с азотом в воздухе для получения аммиака, который можно использовать для производства аммиачных удобрений. Аммиак был предложен в качестве практической альтернативы ископаемому топливу для двигателей внутреннего сгорания. [5]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Badwal, SPS (2014). «Новые технологии электрохимического преобразования и хранения энергии» . Границы химии . 2 : 79. Bibcode : 2014FrCh .... 2 ... 79B . DOI : 10.3389 / fchem.2014.00079 . PMC  4174133 . PMID  25309898 .
  2. ^ Азвар, MY; Хуссейн, Массачусетс; Абдул-Вахаб, АК (1 марта 2014 г.). «Развитие производства биоводорода фотобиологическими, ферментационными и электрохимическими процессами: обзор». Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии . 31 (Дополнение C): 158–173. DOI : 10.1016 / j.rser.2013.11.022 .
  3. ^ СМИ, BioAge. «Конгресс экологически чистых автомобилей: исследование делает вывод, что микробные электролизеры являются многообещающим подходом к возобновляемому и устойчивому производству водорода» . www.greencarcongress.com .
  4. ^ Шаоань Ченг; Брюс Э. Логан (20 ноября 2007 г.). «Устойчивое и эффективное производство биоводорода посредством 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 на 2009-05-12 . Проверено 26 июня 2009 .
  • М.Ю. Азвар, М.А. Хуссейн, А.К. Абдул-Вахаб (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

Внешние ссылки [ править ]

  • Национальный фонд науки
  • Университет Квинсленда
  • Научный блог
  • [1]