WikiDer > Ячейка для микробного электролиза

Microbial electrolysis cell
Ячейка для микробного электролиза

А ячейка для микробного электролиза (MEC) - это технология, связанная с Микробные топливные элементы (MFC). В то время как МФЦ производят электрический ток от микробного разложения органических соединений, МЭК частично обращают процесс, чтобы произвести водород или же метан из органического материала с помощью электрического тока.[1] В идеале электрический ток вырабатывается возобновляемым источником энергии. Произведенный водород или метан можно использовать для производства электроэнергии с помощью дополнительного топливного элемента PEM или двигателя внутреннего сгорания.

Ячейки для микробного электролиза

Системы MEC состоят из ряда компонентов:

Микроорганизмы - прикреплены 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 перенапряжение требуется для производства водорода. Высокая стоимость платины побуждает исследовать биокатоды в качестве альтернативы. Или в качестве другой альтернативы катализатору, пластины из нержавеющей стали использовались в качестве материалов катода и анода.[2] Другие материалы включают мембраны (хотя некоторые МЭК безмембранные), а также системы труб и сбора газа.[3]

Производство водорода

Электрогенные микроорганизмы потребление источника энергии (например, уксусная кислота) высвобождают 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. Комбинированное напряжение достаточно для уменьшать протоны, производящие газообразный водород. Поскольку часть энергии для этого восстановления происходит за счет активности бактерий, общая электрическая энергия, которая должна подаваться, меньше, чем для электролиз воды при отсутствии микробов. Производство водорода достигло 3,12 м3.3ЧАС2/ м3d 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 превращают 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 рассчитывалось как RH2 = CEрКот. Кулоновская эффективность равна CE=(пCE/пth), куда пth это моль водорода, который теоретически может быть произведен и пCE = Cп/(2F) - это количество молей водорода, которое может образоваться из измеренного тока, Cп - общее количество кулонов, рассчитанное путем интегрирования тока по времени, F - постоянная Фарадея, а 2 - моль электронов на моль водорода. Катодное извлечение водорода рассчитывалось как рКот = пH2/пCE, куда пH2 - общее количество произведенного водорода в молях. Выход водорода (YЧАС2) рассчитывалась как YЧАС2 = пH2 /пs, куда пs - удаление субстрата, рассчитанное на основе химической потребности в кислороде (22).[4]

Использует

Водород и метан могут использоваться в качестве альтернативы ископаемому топливу в двигатель внутреннего сгорания или для выработки электроэнергии. Как МФЦ или биоэтанол производственные предприятия, MEC обладают потенциалом 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]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Бадвал, СПС (2014). «Новые технологии электрохимического преобразования и хранения энергии». Границы химии. 2: 79. Bibcode:2014ФрЧ .... 2 ... 79Б. Дои:10.3389 / fchem.2014.00079. ЧВК 4174133. PMID 25309898.
  2. ^ Azwar, M. Y .; Hussain, M. A .; Абдул-Вахаб, А.К. (1 марта 2014 г.). «Развитие производства биоводорода фотобиологическими, ферментационными и электрохимическими процессами: обзор». Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии. 31 (Дополнение C): 158–173. Дои:10.1016 / j.rser.2013.11.022.
  3. ^ СМИ, BioAge. «Конгресс экологически чистых автомобилей: исследование показывает, 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. Дои:10.1073 / pnas.0706379104. ЧВК 2141869. PMID 18000052.
  5. ^ "Penn State Live". Архивировано из оригинал на 2009-05-12. Получено 2009-06-26.
  • МОЙ. Азвар, М.А.Хусейн, 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 B.V. http://doi.org/10.1016/j.rser.2013.11.022

внешняя ссылка