Mikrobiell elektrolyscell

En mikrobiell elektrolyscell

En mikrobiell elektrolyscell ( MEC ) är en teknik relaterad till mikrobiella bränsleceller (MFC). Medan MFC producerar en elektrisk ström från mikrobiell nedbrytning av organiska föreningar, omvänder MEC delvis processen för att generera väte eller metan från organiskt material genom att applicera en elektrisk ström. Den elektriska strömmen skulle helst produceras av en förnybar kraftkälla. Vätgasen eller metanet som produceras kan användas för att producera elektricitet med hjälp av en extra PEM-bränslecell eller förbränningsmotor.

Mikrobiella elektrolysceller

MEC-system är baserade på ett antal komponenter:

Mikroorganismer - är fästa på anoden. Mikroorganismernas identitet avgör MEC:s produkter och effektivitet.

Material – Anodmaterialet i en MEC kan vara detsamma som en MFC, såsom koltyg, kolpapper, grafitfilt, grafitgranulat eller grafitborstar. Platina kan användas som katalysator för att minska den överpotential som krävs för väteproduktion. Den höga kostnaden för platina driver forskning om biokatoder som ett alternativ. Eller som ett annat alternativ för katalysator användes de rostfria stålplåtarna som katod- och anodmaterial. Andra material inkluderar membran (även om vissa MEC är membranlösa) och slang- och gasuppsamlingssystem.

Genererar väte

Elektrogena mikroorganismer som förbrukar en energikälla (som ättiksyra ) frigör elektroner och protoner, vilket skapar en elektrisk potential på upp till 0,3 volt. I en konventionell MFC används denna spänning för att generera elektrisk kraft. I en MEC tillförs en extra spänning till cellen från en extern källa. Den kombinerade spänningen är tillräcklig för att reducera protoner och producera vätgas. Eftersom en del av energin för denna minskning härrör från bakteriell aktivitet, är den totala elektriska energin som måste tillföras mindre än för elektrolys av vatten i frånvaro av mikrober. Väteproduktionen har nått upp till 3,12 m ³ H ₂ /m ³ d med en inspänning på 0,8 volt. Effektiviteten i väteproduktionen beror på vilka organiska ämnen som används. Mjölk- och ättiksyra uppnår 82 % effektivitet, medan värdena för obehandlad cellulosa eller glukos är nära 63 %. Effektiviteten för normal vattenelektrolys är 60 till 70 procent. Eftersom MEC:s omvandlar oanvändbar biomassa till användbar väte, kan de producera 144 % mer användbar energi än de förbrukar som elektrisk energi. Beroende på organismerna som finns vid katoden, kan MEC också producera metan genom en relaterad mekanism.

Beräkningar Total väteåtervinning beräknades som RH ₂ = C _E R _Kat . Coulombic effektiviteten är C _E =( n _CE / n _th ), där n _th är de mol väte som teoretiskt skulle kunna produceras och n _CE = C _P /(2 F ) är de mol väte som kan produceras från uppmätt ström, C _P är det totala antalet coulombs beräknat genom att integrera strömmen över tiden, F är Faradays konstant och 2 är antalet mol elektroner per mol väte. Den katodiska väteåtervinningen beräknades som R _Cat = nH2 / nCE _, där nH2 är _det totala antalet producerade moler väte _. Vätgasutbytet ( Y _H2 ) beräknades som Y _H2 = n _H2 / n _s , där n _s är substratavlägsnande beräknat på basis av kemiskt syrebehov (22).

Används

Väte och metan kan båda användas som alternativ till fossila bränslen i förbränningsmotorer eller för kraftgenerering. Liksom MFC:er eller bioetanolproduktionsanläggningar har MEC:er potential att omvandla organiskt avfall till en värdefull energikälla. Väte kan också kombineras med kvävet i luften för att producera ammoniak, som kan användas för att göra ammoniumgödsel. Ammoniak har föreslagits som ett praktiskt alternativ till fossilt bränsle för förbränningsmotorer.

Se även

MY Azwar, MA Hussain, AK Abdul-Wahab (2014). Utveckling av bioväteproduktion genom fotobiologiska, fermenterings- och elektrokemiska processer: En översikt. Renewable and Sustainable Energy Reviews.Volume 31, mars 2014, sid 158–173. Copyright 2017 Elsevier BV http://doi.org/10.1016/j.rser.2013.11.022

externa länkar