Вся экология | Реклама | Что такое экология? | О нас | Подписка | RSS

Вся экология | Экологические новости



Опубликовано 11/07/2012, в 19 ч. 01 мин., 2285 просмотров

Улучшенные микробиологические топливные элементы помогут конвертировать мусор в энергию

"Зеленая" энергетика. Фото: http://facepla.net
Бактерии, одни из самых маленьких живых существ на планете, могут помочь человечеству решить две его самые большие экологические проблемы: как избавиться от огромного количества органических отходов и где найти возобновляемый источник экологически чистой энергии.

Некоторое время назад учёным удалось вывести особый вид микроорганизмов, способных "перерабатывать" органические отходы напрямую в электричество, минуя промежуточные этапы. Такая технология называется микробной топливной батареей. Предполагается, что в будущем подобные технологии будут служить источниками энергии для городов и ферм, перерабатывая бытовые отходы и избытки сельскохозяйственной и животной продукции в экологически чистую энергию.

Микробная топливная батарея представляет собой уникальной биотехническое устройство: наполовину гальванический элемент, наполовину биологический реактор. Как правило, у неё есть два электрода, разделённых ионообменной мембраной. На стороне анода живут и размножаются бактерии: они образуют на аноде так называемую "биоплёнку" - плотный конгломерат бактериальных клеток. В процессе своего метаболизма бактерии выступают в роли катализаторов, разлагающих органический субстрат на СО2, протоны и электроны.

В обычных условиях бактерии в качестве конечного акцептора электронов используют кислород, в результате чего образуется вода, однако в анаэробных условиях топливного элемента электроны уходят в материал анода, являющийся нерастворимым электроноакцептором. Электроны, проходящие по электрической цепи, стремятся дойти до катода. Соответственно, в цепи появляется электрический ток. Ионы же фильтруются мембраной, которая тем самым поддерживает внутри элемента электронейтральную среду.

Однако до промышленного внедрения технологии ещё далеко: сначала нужно увеличить её эффективность. Как сообщает портал www.sciencedaily.com, определённых успехов в этом деле удалось добиться группе учёных из Института биологического дизайна штата Аризона. Они доказали, что КПД устройства теряется из-за химических окислительных реакций, протекающих на катоде батареи. Образно говоря, катод выступает в роли регулятора мощности устройства. Соответственно, подбирая для катода материал с определёнными свойствами и регулируя уровень кислотности среды, можно повысить эффективность работы батареи.

Дело в том, что, в отличие от обычных химических топливных элементов, биологическим батареям для оптимальной работы требуется нейтральный уровень pH в анодной камере: именно в таких условиях обеспечиваются оптимальные условия для роста и развития микроорганизмов. В катодной камере, вследствие ограничения на перенос ионов OH--, pH увеличивается. По данным авторов исследования, увеличение pH на единицу уменьшает напряжение в цепи на 59 милливольт, а pH на катоде может увеличиваться до 12 единиц и более.

Катод изготавливается из специального ионообменного материала, облегчающего транспорт ионов в окружающий электролит. Чаще всего в роли такого материала выступает полимерный материал нафион, хороший проводник для катионов (например, протонов), но плохой для анионов (гидроксидных групп), аккумулирующихся на катоде, или анионных буферных соединений (фосфатов или бикарбонатов), участвующих в транспорте ионов OH--.

В проведённом исследовании нафион был заменён экспериментальным полимером AS-4, обладающим высокой анион-обменной ёмкостью, что позволило добиться увеличения транспорта ионов ОН--. Также было доказано, что улучшить транспорт ионов ОН-- можно, напрямую контролируя pH среды элемента, например - добавляя в отсек катодного катализатора смесь воздуха и CO2.

Впрочем, исследователи ставили перед собой цель не улучшить КПД микробной топливной батареи, а проверить экспериментально свою теорию и найти пути увеличения эффективности батареи.








Комментарии

Популярные новости:

Архив новостей:

Экопортал не гарантирует достоверность материалов. Позиция Экопортала не всегда может совпадать с позицией, изложеной в материале. Экопортал не несет ответственности за какие-либо ошибки, также за какие-либо действия, предпринятые на основании этих материалов.

© ECOportal 2002-2020 гг.

Вся экология: Новости, Архив новостей, Пресс-релизы, Экспорт новостей, Каталог организациий, Экологические ссылки, Добавить ссылку, Календарь событий, Добавить событие в календарь, Статьи, Книги, Рефераты, Законы и документы, Составы отходов, Экологический словарь, Доска объявлений, Голосования, Реклама на сайте, Рассылка, RSS, Обучение

Авторские права на материалы принадлежат Всероссийскому Экологическому порталу, за исключением тех, где явно указан автор. При полном или частичном цитировании всех материалов ссылка на Всероссийский Экологический портал обязательна. Все предложения по работе сайта отправляйте на электронный ящик администратора.

RSS лента
Rambler's Top100
Rambler's Top100