كتب microbial fuel cells and methane production

تولد خلايا الوقود الميكروبية تيارا كهربائيا من خلال عملية التحليل الميكروبي للمركبات العضوية، وتنتج هيدروكربونات هامة من مياه الصرف الصحي وتقوم خلايا الوقود الميكروبية باستخدام مجموعة ثانوية من الأقطاب الكهربائية بتحويل تيارات مياه الصرف الغنية بالكربون إلى غاز الميثان . تؤخذ مياه الصرف الصحي وتنقى من الجزيئات الكبيرة والصلبة ثم تنقل مياه الصرف الصحي إلى خزان معادلة كبير لمعادلة التقلبات في التركيز والكثافة قبل أن يتم معالجتها ونقلهامن خلال . Ecovolt . وبداخل وحدة القطب الموجب المغلفة بنوع واحد من البكتيريا تؤدى تفاعلات الأكسدة فتحول المياه العادمة (القذرة ) إلى مياه نظيفة بينما يتم انتاج الكهرباء .وتنتقل الالكترونات إلى القطب السالب حيث أن الأقطاب الكهربائية المغلفة في أنواع مختلفة من البكتيريا تحول الكهرباء والهيدروجين وثاني أكسيد الكربون إلى وقود الميثان النقي بعملية تسمى توليد الميثان بالكهرباء ويمكن عودة الميثان إلى المصنع لتوفير الحرارة والطاقة .

خلايا الوقود الميكروبية مستقبلا والبحوث المتطورة

لمست البشرية أسس عمل وتتطور خلايا الوقود الميكروبية كما فهمنا الايض الميكروبي، وعلم الجينات الميكروبية، والتعديل الوراثي، ويتم إنتاج كائنات حية دقيقة لنقل الالكترونات أفضل واكتشاف تطبيقات جديدة. حاليا، وبحجم الأجهزة متعددة الاستخدام محدود بسبب حقيقة أن نقل الإلكترون يحدث فقط في طبقة البكتيريا على الفور على اتصال مع الأقطاب. ولذلك في حين شهدت الأجهزة متعددة الاستخدام النجاح في كبير تجهيز الدفعات على نطاق ومجاري مياه الصرف الصحي، إمكاناتهم الحقيقية تمكن في الأجهزة الصغيرة العمل حسب السطح إلى نسبة الحجم مرتفع. أيضا يوجد هناك معدل التدفق الأمثل من الكواشف لزيادة إنتاج التيار الكهربائي من خلال الوقود الميكروبية. والتقدم في على الموائع الدقيقية يسمح المهندسين لجعل أجهزة الخلايا الوقودية متزايدة التي تمكن الاستفادة من هذا السطح عالية لنسبة حجم.

"آلية عمل خلايا الوقود الميكروبية"

البكتيريا تحتاج للطاقة من أجل البقاء، كما هو الحال عند البشر يحتاجون للغذاء للبقاء على قيد الحياة.البكتيريا تحصل على الطاقة في عملية ذو خطوتين.الخطوة الأولى (الأكسدة) تتطلب إزالة الالكترونات من بعض مصادر المواد العضوية، الخطوة الثانية (الاختزال) إعطاء الالكترونات إلى شيء من شانها قبول هذه الالكترونات، والمسؤول عن ذلك ما يعرف بخلايا الوقود الميكروبية . التنفس الجرثومي واحد من أهم تفاعلات الأكسدة والاختزال التي يعقبها حركة الالكترونات .كلما كان لديك الكترونات متحركة.يوجد احتمال لتسخير القوة الدافعة الكهربائية لأداء عمل مفيد.تتكون خلايا الوقود الميكروبية من أنود والكاثود مفصولة بغشاء محدد موجب الشحنة.الميكروبات عند الأنود تعمل على أكسدة الوقود العضوي مولدة بروتونات تمر عبر الغشاء إلى الكاثود، والالكترونات التي تمر عبر الأنود إلى الدائرة الخارجية لتوليد التيار . فالخدعة هنا جمع الالكترونات الصادرة عن البكتيريا كنتيجة للتنفس.الوسيط . هذا يؤدي إلى نوعين من خلايا الوقود الميكروبية : الوسيط والوسيط الأقل .

خلايا ناقلات الالكترونات ـ المحفز الميكروبي الحي

خلايا الوقود الميكروبية المستخدمة في تسويق في صناعة الطاقة اليوم تستخدم نوع خاص من الكائنات الحية الدقيقة يسمى بكتيريا ناقلات الإلكترون هي البكتيريا النشطة الكتروكيميائي تعيش تحت الأرض تأكل السكر وتحول الطاقة الموجودة فيه إلى كهرباء. في حين تستخدم البكتيريا الهوائية الأكسجين كمستقبل نهائي للالكترونات والبكتيريا اللاهوائية تستخدم مركبات ذائبة أخرى، ناقلة الالكترونات هي فئة خاصة من البكتيريا التي يمكن أن تستخدم عامل مؤكسد قوي أو موصل الصلب كمستقبل الإلكترون النهائي . أيضا بكتيرا ناقلة الالكترونات لديها إمكانات للعديد من تطبيقات التكنولوجيا الحيوية المختلفة نظرا لقدرتها على نقل الإلكترونات خارج الخلية إلى مستقبلات الإلكترون غير قابلة للذوبان، مثل أكاسيد المعادن أو الأنودات من خلايا الوقود الميكروبية .و القليل جدا منها معزولة مباشرة من الأجهزة متعددة الاستخدام وجميع هذه الكائنات قد تم الحصول عليها من خلال التقنيات التي يحتمل أن تحد من تنوع البكتيريا.

"خلايا الوقود الميكروبية الانود"

عندما تستهلك البكتيريا المواد العضوية مثل السكر تحت بيئة هوائية فان نواتج عملية التنفس الخلوي هي ثاني أكسيد الكربون والماء، ومع ذلك عندما توضع البكتيريا في بيئة فارغة من الأكسجين، فان التنفس الخلوي ينتج ثاني أكسيد الكربون وبروتونات والكترونات بدلا من ذلك . بالتالي فإنه من الضروري ان تكون البيئة لاهوائية في غرفة الانود من خلايا الوقود الميكروبية.

و كما ذكرنا سابقا عن أنواع خلايا الوقود الميكروبية الوسيط وغير الوسيط، سنطرق هنا إلى النوع الأول وهو الوسيط هنا في سلسلة نقل الإلكترون البكتيرية يأخذ وسيط غير عضوي مكان الأكسجين، ويعبر الوسيط من خلال الغشاء الخارجي للبكتيريا ويقبل الالكترونات التي عادة ما تكون مقبولة من الأكسجين أو المذيبات الأخرى . و بمجرد أن الوسيط قد "اختزل" يخرج من الخلية الممتلئة بالالكترونات ثم ينقل إلى الانود (القطب الموجب ) . أما النوع الآخر من خلايا الوقود الميكروبية وهو غير الوسيط، تتواجد على سطع الانود ويستخدم إنزيم الأكسدة والاختزال لنقل الالكترونات مباشرة من خلال بروتين متخصص من على سطح الانود . آلية نقل الالكترونات قد تشمل موصل شعري واتصال مباشر من خلال المستعمرات البكتيرية , أو عبر أنزيمات يفرزها الوسيط ذهابا وإيابا .