✖


Jump to content

Микробный топливный элемент

Микробный топливный элемент ( МТЭ ) — это тип биоэлектрохимической топливных элементов . системы [1] также известный как микротопливный элемент, который генерирует электрический ток путем отклонения электронов, образующихся в результате микробного окисления восстановленных соединений (также известных как топливо или донор электронов ) на аноде, на окисленные соединения, такие как кислород (также известный как окислитель или акцептор электронов ) на катоде через внешнюю электрическую цепь . МТЭ производят электричество, используя электроны, образующиеся в результате биохимических реакций, катализируемых бактериями. Комплексная биотехнология (третье издание) МФЦ можно разделить на две общие категории: опосредованные и непосредственные. Первые МТЭ, продемонстрированные в начале 20 века, использовали посредник: химическое вещество, которое переносит электроны от бактерий в клетке к аноду. Непосредственные МФЦ возникли в 1970-х годах; в этом типе MFC бактерии обычно имеют на своей внешней мембране электрохимически активные окислительно-восстановительные белки, такие как цитохромы , которые могут переносить электроны непосредственно на анод. [2] [3] В 21 веке МФЦ начали находить коммерческое применение в очистке сточных вод. [4]

История

[ редактировать ]

Идея использования микробов для производства электричества возникла в начале двадцатого века. Майкл Крессе Поттер начал эту тему в 1911 году. [5] Поттеру удалось вырабатывать электричество из Saccharomyces cerevisiae , но работа получила мало освещения. В 1931 году Барнетт Коэн создал микробные полутопливные элементы , которые при последовательном соединении были способны производить более 35 вольт при силе тока всего 2 миллиампера . [6]

Исследование DelDuca et al. использовали водород, полученный в результате ферментации глюкозы Clostridium Butyricum, в качестве реагента на аноде водородно-воздушного топливного элемента. Хотя клетка и функционировала, она была ненадежной из-за нестабильного характера выработки водорода микроорганизмами. [7] Эта проблема была решена Suzuki et al. в 1976 году, [8] который год спустя создал успешный дизайн MFC. [9]

В конце 1970-х годов мало что было понятно о том, как функционируют микробные топливные элементы. Эту концепцию изучал Робин М. Аллен, а затем Х. Питер Беннетто. Люди рассматривали топливные элементы как возможный метод производства электроэнергии для развивающихся стран. Работа Беннетто, начавшаяся в начале 1980-х годов, помогла понять, как работают топливные элементы, и его видели многие. [ ВОЗ? ] как главный авторитет темы.

В мае 2007 года Университет Квинсленда , Австралия, совместно с компанией Foster's Brewing завершил создание прототипа MFC . Прототип объемом 10 л преобразовывал сточные воды пивоваренного завода в углекислый газ, чистую воду и электричество. У группы были планы создать пилотную модель для предстоящей международной конференции по биоэнергетике. [10]

Определение

[ редактировать ]

Микробный топливный элемент (МТЭ) — это устройство, преобразующее химическую энергию в электрическую под действием микроорганизмов . [11] Эти электрохимические ячейки построены с использованием биоанода и/или биокатода. Большинство МТЭ содержат мембрану, разделяющую отсеки анода (где происходит окисление) и катода (где происходит восстановление). Электроны, образующиеся во время окисления, передаются непосредственно на электрод или на окислительно-восстановительный медиатор. Поток электронов перемещается к катоду. Баланс заряда системы поддерживается за счет движения ионов внутри клетки, обычно через ионную мембрану. В большинстве МФЦ используется органический донор электронов , который окисляется с образованием CO 2 , протонов и электронов. Сообщалось о других донорах электронов, таких как соединения серы или водород. [12] В катодной реакции используются разнообразные акцепторы электронов, чаще всего кислород (О 2 ). Другие изученные акцепторы электронов включают восстановление металлов путем восстановления, [13] вода в водород, [14] снижение нитратов, [15] [16] и сульфатредукция.

Приложения

[ редактировать ]

Производство электроэнергии

[ редактировать ]

MFC привлекательны для приложений по производству электроэнергии, которые требуют лишь низкой мощности, но где замена батарей может быть нецелесообразной, например, в беспроводных сенсорных сетях. [17] [18] [19] Беспроводные датчики, работающие на микробных топливных элементах, могут затем использоваться, например, для дистанционного мониторинга (консервации). [20]

Для питания топливного элемента можно использовать практически любой органический материал, включая элементы, соединяющие станции очистки сточных вод . Химические технологические сточные воды [21] [22] и синтетические сточные воды [23] [24] были использованы для производства биоэлектричества в двух- и однокамерных МФЦ без медиатора (графитовые электроды без покрытия).

Более высокая выработка мощности наблюдалась при использовании биопленкой , покрытого графитового анода . [25] [26] Выбросы топливных элементов находятся в пределах нормативных ограничений. [27] MFC преобразуют энергию более эффективно, чем стандартные двигатели внутреннего сгорания которых ограничена коэффициентом , эффективность Карно . Теоретически МФЦ способен обеспечить энергоэффективность далеко за пределами 50%. [28] Розендаль производил водород с затратами в 8 раз меньше энергии, чем традиционные технологии производства водорода.

Более того, МФЦ могут работать и в меньших масштабах. В некоторых случаях электроды должны иметь толщину всего 7 мкм и длину 2 см. [29] так что MFC может заменить батарею. Он обеспечивает возобновляемую форму энергии и не требует подзарядки.

МФЦ хорошо работают в мягких условиях: от 20 °C до 40 °C и при pH около 7. [30] но им не хватает стабильности, необходимой для долгосрочного медицинского применения, например, в кардиостимуляторах .

Электростанции могут быть основаны на водных растениях, таких как водоросли. Если система MFC расположена рядом с существующей энергосистемой, она может использовать свои линии электропередачи совместно. [31]

Образование

[ редактировать ]

Микробиологические топливные элементы на основе почвы служат образовательным инструментом, поскольку они охватывают множество научных дисциплин (микробиология, геохимия, электротехника и т. д.) и могут быть изготовлены с использованием общедоступных материалов, таких как почва и предметы из холодильника. Доступны комплекты для домашних научных проектов и классных комнат. [32] Одним из примеров использования микробных топливных элементов в классе является учебная программа IBET (Интегрированная биология, английский язык и технологии) средней школы науки и технологий Томаса Джефферсона . Несколько образовательных видеороликов и статей также доступны в Международном обществе микробной электрохимии и технологий (ISMET Society)». [33] ".

Биосенсор

[ редактировать ]
Основная статья: Биосенсор

Ток, генерируемый микробным топливным элементом, прямо пропорционален содержанию органических веществ в сточных водах, используемых в качестве топлива. МФЦ могут измерять концентрацию растворенных веществ в сточных водах (т.е. в качестве биосенсора ). [34]

Сточные воды обычно оценивают по показателям биохимической потребности в кислороде (БПК). [ нужны разъяснения ] Значения БПК определяются путем инкубации образцов в течение 5 дней с соответствующим источником микробов, обычно активным илом, собранным на очистных сооружениях.

Датчик БПК типа MFC может предоставлять значения БПК в реальном времени. Кислород и нитрат мешают предпочтительным акцепторам электронов по сравнению с анодом, уменьшая выработку тока от MFC. Следовательно, датчики БПК MFC занижают значения БПК в присутствии этих акцепторов электронов. Этого можно избежать, ингибируя аэробное и нитратное дыхание в MFC с помощью ингибиторов терминальной оксидазы, таких как цианид и азид . [35] Такие датчики БПК имеются в продаже.

ВМС США рассматривают возможность использования микробных топливных элементов для датчиков окружающей среды. Использование микробных топливных элементов для питания датчиков окружающей среды может обеспечить электроэнергию в течение более длительных периодов времени и позволить собирать и извлекать подводные данные без проводной инфраструктуры. Энергии, создаваемой этими топливными элементами, достаточно для поддержания работы датчиков после первоначального запуска. [36] Из-за подводных условий (высокая концентрация соли, колебания температуры и ограниченный запас питательных веществ) ВМФ может использовать МФЦ со смесью солеустойчивых микроорганизмов, что позволит более полно использовать доступные питательные вещества. Shewanella oneidensis устойчивые к жаре и холоду является их основным кандидатом, но могут быть включены и другие виды Shewanella, . [37]

Был разработан первый автономный биосенсор БПК/ХПК с автономным питанием, который позволяет обнаруживать органические загрязнители в пресной воде. Датчик использует только энергию, вырабатываемую MFC, и работает непрерывно без технического обслуживания. Включает сигнализацию, информирующую об уровне загрязнения: повышенная частота сигнала предупреждает о повышенном уровне загрязнения, а низкая частота информирует о низком уровне загрязнения. [38]

Биорегенерация

[ редактировать ]

В 2010 г. А. тер Хейне и др. [39] сконструировал устройство, способное производить электричество и восстанавливать медь. 2+ ионы к металлической меди.

Было продемонстрировано, что микробные электролизные ячейки производят водород. [40]

Очистка сточных вод

[ редактировать ]

МФЦ используются при очистке воды для получения энергии с использованием анаэробного сбраживания . Этот процесс также может уменьшить количество патогенов. Однако для этого требуется температура выше 30 градусов C и дополнительный этап для преобразования биогаза в электричество. Спиральные прокладки можно использовать для увеличения выработки электроэнергии за счет создания спирального потока в MFC. Масштабирование MFC является сложной задачей из-за проблем с выходной мощностью, обусловленной большей площадью поверхности. [41]

Типы

[ редактировать ]

Опосредованный

[ редактировать ]

Большинство микробных клеток электрохимически неактивны. Переносу электронов от микробных клеток к электроду способствуют такие медиаторы, как тионин , пиоцианин , [42] метилвиологен , метиловый синий , гуминовая кислота и нейтральный красный . [43] [44] Большинство доступных медиаторов дороги и токсичны.

Без посредников

[ редактировать ]
Растительный микробный топливный элемент (PMFC)

В микробных топливных элементах без медиаторов используются электрохимически активные бактерии, такие как Shewanella putrefaciens. [45] и Aeromonas Hydrophila [46] для переноса электронов непосредственно от бактериального дыхательного фермента к электроду. Некоторые бактерии способны переносить производство электронов через пили на внешней мембране. Безмедиаторные МФЦ менее хорошо охарактеризованы, например, штаммом бактерий, используемых в системе, типом ионообменной мембраны и условиями системы (температура, pH и т. д.).

Микробные топливные элементы без медиаторов могут работать на сточных водах и получать энергию непосредственно из определенных растений и O 2 . Эта конфигурация известна как растительный микробный топливный элемент. Возможные растения включают тростник , кордграсс , рис, помидоры, люпин и водоросли . [47] [48] [49] Учитывая, что электроэнергия получается с использованием живых растений ( производство энергии на месте ), этот вариант может обеспечить экологические преимущества.

Микробный электролиз

[ редактировать ]
Основная статья: Микробная электролизная ячейка

Одним из вариантов MFC без медиатора является микробная электролитическая ячейка (MEC). В то время как MFC производят электрический ток в результате бактериального разложения органических соединений в воде, MEC частично обращают процесс вспять с образованием водорода или метана, прикладывая к бактериям напряжение. Это дополняет напряжение, создаваемое микробным разложением органики, приводящее к электролизу воды или производству метана. [50] [51] Полное изменение принципа MFC обнаруживается в микробном электросинтезе , при котором углекислый газ восстанавливается бактериями с помощью внешнего электрического тока с образованием многоуглеродных органических соединений. [52]

Почвенный

[ редактировать ]
МФЦ на почвенной основе

Микробные топливные элементы на основе почвы соответствуют основным принципам MFC, согласно которым почва действует как богатая питательными веществами анодная среда, инокулят и протонообменная мембрана (PEM). Анод лежит помещается на определенную глубину в почве, а катод на поверхности почвы и подвергается воздействию воздуха.

Почвы естественным образом изобилуют разнообразными микробами , в том числе электрогенными бактериями, необходимыми для МФЦ, и полны сложных сахаров и других питательных веществ, которые накопились в результате разложения растительного и животного материала. Более того, присутствующие в почве аэробные (потребляющие кислород) микробы действуют как кислородный фильтр, во многом подобно дорогим материалам PEM, используемым в лабораторных системах MFC, которые вызывают снижение окислительно-восстановительного потенциала почвы с большей глубиной. МФЦ на основе почвы становятся популярными образовательными инструментами для научных классов. [32]

Осадочные микробные топливные элементы (SMFC) применяются для очистки сточных вод . Простые SMFC могут генерировать энергию, одновременно очищая сточные воды . Большинство таких SMFC содержат растения, имитирующие искусственные водно-болотные угодья. К 2015 году испытания SMFC достигли более 150 л. [53]

В 2015 году исследователи анонсировали приложение SMFC, которое извлекает энергию и заряжает аккумулятор . Соли диссоциируют в воде на положительно и отрицательно заряженные ионы, перемещаются и прилипают к соответствующим отрицательным и положительным электродам, заряжая батарею и позволяя удалять соль, вызывая микробное емкостное опреснение . Микробы производят больше энергии, чем требуется для процесса опреснения. [54] В 2020 году в рамках европейского исследовательского проекта была достигнута переработка морской воды в пресную воду для потребления человеком с потреблением энергии около 0,5 кВтч/м3, что представляет собой сокращение текущего потребления энергии на 85% по сравнению с современными технологиями опреснения. Кроме того, биологический процесс, в результате которого получается энергия, одновременно очищает остаточную воду для ее сброса в окружающую среду или повторного использования в сельскохозяйственных/промышленных целях. Это было достигнуто в инновационном центре опреснения воды, который Aqualia открыла в Дении, Испания, в начале 2020 года. [55]

Фототрофная биопленка

[ редактировать ]

Фототрофные биопленочные MFC (ner) используют анод из фототрофной биопленки, содержащий фотосинтезирующие микроорганизмы, такие как хлорофиты и кандианофиты . Они осуществляют фотосинтез и таким образом производят органические метаболиты и отдают электроны. [56]

Одно исследование показало, что PBMFC обладают плотностью мощности, достаточной для практического применения. [57]

Подкатегория фототрофных МТЭ, в которых на аноде используется чисто кислородный фотосинтетический материал, иногда называют биологическими фотоэлектрическими системами. [58]

Нанопористая мембрана

[ редактировать ]

Исследовательская лаборатория ВМС США разработала микробные топливные элементы с нанопористыми мембранами, в которых используется не-ПЭМ для создания пассивной диффузии внутри ячейки. [59] Мембрана представляет собой непористый полимерный фильтр ( нейлон , целлюлоза или поликарбонат ). Он предлагает сопоставимую плотность мощности с Nafion (известный PEM) и более долговечный. Пористые мембраны обеспечивают пассивную диффузию, тем самым уменьшая необходимую мощность, подаваемую на MFC, чтобы поддерживать активность PEM, и увеличивая общую выходную энергию. [60]

МФЦ, не использующие мембрану, могут распространять анаэробные бактерии в аэробной среде. Однако безмембранные МТЭ подвергаются загрязнению катода местными бактериями и микробами, обеспечивающими питание. Новая пассивная диффузия нанопористых мембран позволяет достичь преимуществ безмембранного МФЦ, не беспокоясь о загрязнении катода. Нанопористые мембраны также в 11 раз дешевле, чем Нафион (Нафион-117, 0,22 доллара за кубометр). 2 по сравнению с поликарбонатом, <0,02 доллара США/см 2 ). [61]

Керамическая мембрана

[ редактировать ]

Мембраны ПЭМ можно заменить керамическими материалами. Стоимость керамической мембраны может составлять всего $5,66/м. 2 . Макропористая структура керамических мембран обеспечивает хороший транспорт ионных частиц. [62]

В керамических МТЭ успешно применяются фаянс , глинозем , муллит , пирофиллит , терракота . [62] [63] [64]

Процесс генерации

[ редактировать ]

Когда микроорганизмы потребляют такое вещество, как сахар, в аэробных условиях, они производят углекислый газ и воду . Однако в кислорода отсутствие они могут производить углекислый газ, гидроны ( ионы водорода ) и электроны , как описано ниже для сахарозы : [65]

С 12 Н 22 О 11 + 13Н 2 О → 12СО 2 + 48Н + + 48е − ( Уравнение 1 )

Микробные топливные элементы используют неорганические медиаторы для подключения к цепи переноса электронов клеток и направления вырабатываемых электронов. Медиатор проникает через липидные мембраны внешних клеток и внешнюю мембрану бактерий ; затем он начинает высвобождать электроны из цепи переноса электронов, которые обычно поглощаются кислородом или другими промежуточными продуктами.

Восстановленный медиатор покидает клетку, нагруженную электронами, которые он переносит на электрод; этот электрод становится анодом. Высвобождение электронов возвращает медиатор в исходное окисленное состояние, готовое повторить процесс. Это может произойти только в анаэробных условиях ; если присутствует кислород, он будет собирать электроны, поскольку у него есть больше свободной энергии, которую он может высвободить .

Некоторые бактерии могут обходить использование неорганических медиаторов, используя специальные пути переноса электронов, известные под общим названием внеклеточный перенос электронов (EET) . Пути EET позволяют микробу напрямую восстанавливать соединения вне клетки и могут использоваться для обеспечения прямой электрохимической связи с анодом. [66]

В режиме MFC анод является терминальным акцептором электронов, распознаваемым бактериями в анодной камере. Следовательно, микробная активность сильно зависит от окислительно-восстановительного потенциала анода. Была получена кривая Михаэлиса -Ментен между анодным потенциалом и выходной мощностью МТЭ, управляемого ацетатом . Критический анодный потенциал, по-видимому, обеспечивает максимальную выходную мощность. [67]

Потенциальные медиаторы включают природный красный, метиленовый синий, тионин и резоруфин. [68]

Организмы, способные производить электрический ток, называются экзоэлектрогенами . Чтобы превратить этот ток в полезную электроэнергию, экзоэлектрогены должны быть размещены в топливном элементе.

Медиатор и микроорганизм, такой как дрожжи, смешиваются в растворе, к которому добавляется субстрат, такой как глюкоза . Эту смесь помещают в герметичную камеру, чтобы предотвратить попадание кислорода, заставляя микроорганизмы осуществлять анаэробное дыхание . В раствор помещают электрод, который действует как анод.

Во второй камере МТЭ находится еще один раствор и положительно заряженный катод. Это эквивалент стока кислорода на конце цепи переноса электронов, за пределами биологической клетки. Раствор является окислителем , захватывающим электроны на катоде. Как и в случае с электронной цепью в дрожжевой клетке, это могут быть различные молекулы, например кислород, хотя более удобным вариантом является твердый окислитель, требующий меньшего объема.

Соединение двух электродов осуществляется проводом (или другим электропроводящим путем). Завершает схему и соединяет две камеры солевой мостик или ионообменная мембрана. Эта последняя особенность позволяет производить протоны, как описано в уравнении. 1 , для перехода из анодной камеры в катодную камеру.

Восстановленный медиатор переносит электроны от клетки к электроду. Здесь медиатор окисляется, откладывая электроны. Затем они перетекают по проводу ко второму электроду, который действует как сток электронов. Отсюда они переходят в окислитель. Также ионы/протоны водорода перемещаются от анода к катоду через протонообменную мембрану, такую ​​как нафион . Они перейдут к более низкому градиенту концентрации и соединятся с кислородом, но для этого им нужен электрон. При этом генерируется ток, и водород используется для поддержания градиента концентрации.

Было замечено, что биомасса водорослей дает высокую энергию при использовании в качестве субстрата в микробных топливных элементах. [69]

Применение в восстановлении окружающей среды

[ редактировать ]

Микробные топливные элементы (МТЭ) стали многообещающими инструментами восстановления окружающей среды благодаря их уникальной способности использовать метаболическую активность микроорганизмов как для выработки электроэнергии, так и для разложения загрязняющих веществ. [70] МФЦ находят применение в различных контекстах при восстановлении окружающей среды. Одним из основных применений является биоремедиация, где электроактивные микроорганизмы на аноде MFC активно участвуют в расщеплении органических загрязнителей, обеспечивая устойчивый и эффективный метод удаления загрязняющих веществ. Более того, МФЦ играют важную роль в очистке сточных вод, одновременно производя электроэнергию и улучшая качество воды за счет микробного разложения загрязняющих веществ. Эти топливные элементы могут быть развернуты на месте, что позволяет проводить непрерывные и автономные восстановительные работы на загрязненных объектах. Кроме того, их универсальность распространяется и на осадочные микробные топливные элементы (SMFC), которые способны удалять тяжелые металлы и питательные вещества из отложений. [71] Интегрируя MFC с датчиками, они обеспечивают удаленный мониторинг окружающей среды в сложных местах. Применение микробных топливных элементов для восстановления окружающей среды подчеркивает их потенциал по преобразованию загрязняющих веществ в возобновляемый источник энергии, одновременно активно способствуя восстановлению и сохранению экосистем.

Вызовы и достижения

[ редактировать ]

Микробные топливные элементы (МТЭ) обладают значительным потенциалом как устойчивые и инновационные технологии, но они не лишены своих проблем. Одним из основных препятствий является оптимизация производительности МТЭ, которая остается сложной задачей из-за различных факторов, включая микробное разнообразие, материалы электродов и конструкцию реактора. [72] Разработка экономически эффективных и долговечных электродных материалов представляет собой еще одно препятствие, поскольку оно напрямую влияет на экономическую жизнеспособность МТЭ в более широком масштабе. Кроме того, расширение масштабов МФЦ для практического применения ставит инженерные и логистические проблемы. Тем не менее, продолжающиеся исследования в области технологии микробных топливных элементов продолжают устранять эти препятствия. Ученые активно изучают новые материалы электродов, улучшают микробные сообщества для повышения эффективности и оптимизируют конфигурации реакторов. Более того, достижения в области синтетической биологии и генной инженерии открыли возможности для создания индивидуальных микробов с улучшенными возможностями переноса электронов, расширяя границы производительности MFC. [73] Совместные усилия междисциплинарных областей также способствуют более глубокому пониманию механизмов MFC и расширению их потенциального применения в таких областях, как очистка сточных вод, восстановление окружающей среды и устойчивое производство энергии.

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Логан, Брюс Э.; Хамелерс, Берт; Розендаль, Рене; Шредер, Уве; Келлер, Юрг; Фрегия, Стефано; Эльтерман, Питер; Верстраете, Вилли; Рабай, Корнил (2006). «Микробные топливные элементы: методология и технология» . Экологические науки и технологии . 40 (17): 5181–5192. дои : 10.1021/es0605016 . ПМИД   16999087 .
  2. ^ Бадвал, Сухвиндер П.С.; Гидди, Сарбджит С; Маннингс, Кристофер; Бхатт, Ананд I; Холленкамп, Энтони Ф (2014). «Новые технологии электрохимического преобразования и хранения энергии» . Границы в химии . 2 : 79. Бибкод : 2014FrCh....2...79B . дои : 10.3389/fchem.2014.00079 . ПМЦ   4174133 . ПМИД   25309898 .
  3. ^ Мин, Буки; Ченг, Шаоань; Логан, Брюс Э. (2005). «Получение электроэнергии с использованием мембранных и солевых мостиковых микробных топливных элементов». Исследования воды . 39 (9): 1675–86. дои : 10.1016/j.watres.2005.02.002 . ПМИД   15899266 .
  4. ^ «Пилотный завод МФЦ на пивоварне Фостерс» . Архивировано из оригинала 15 апреля 2013 г. Проверено 9 марта 2013 г.
  5. ^ Поттер, MC (1911). «Электрические эффекты, сопровождающие разложение органических соединений» . Труды Королевского общества B: Биологические науки . 84 (571): 260–76. Бибкод : 1911РСПСБ..84..260П . дои : 10.1098/rspb.1911.0073 . JSTOR   80609 .
  6. ^ Коэн, Б. (1931). «Бактериальная культура как электрическая полуклетка». Журнал бактериологии . 21 :18–19.
  7. ^ ДельДука, М.Г., Фриско, Дж.М. и Зурилла, RW (1963). Развитие промышленной микробиологии. Американский институт биологических наук , 4, стр. 81–84.
  8. ^ Карубе, И.; Матасунга, Т.; Сузуки, С.; Цуру, С. (1976). «Непрерывное производство водорода иммобилизованными целыми клетками Clostridium Butyricum ». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Общие предметы . 24 (2): 338–343. дои : 10.1016/0304-4165(76)90376-7 . ПМИД   9145 .
  9. ^ Карубе, Исао; Мацунага, Тадаси; Цуру, Шинья; Сузуки, Шуичи (ноябрь 1977 г.). «Биохимические клетки, использующие иммобилизованные клетки Clostridium Butyricum » . Биотехнология и биоинженерия . 19 (11): 1727–1733. дои : 10.1002/бит.260191112 .
  10. ^ «Предлагаем устойчивое энергетическое решение» . Университет Квинсленда, Австралия . Проверено 26 августа 2014 г.
  11. ^ Аллен, РМ; Беннетто, HP (1993). «Микробные топливные элементы: производство электроэнергии из углеводов». Прикладная биохимия и биотехнология . 39–40: 27–40. дои : 10.1007/bf02918975 . S2CID   84142118 .
  12. ^ Пант, Д.; Ван Богерт, Г.; Дильс, Л.; Ванброеховен, К. (2010). «Обзор субстратов, используемых в микробных топливных элементах (МТЭ) для устойчивого производства энергии». Биоресурсные технологии . 101 (6): 1533–43. doi : 10.1016/j.biortech.2009.10.017 . ПМИД   19892549 .
  13. ^ Лу, З.; Чанг, Д.; Ма, Дж.; Хуанг, Г.; Кай, Л.; Чжан, Л. (2015). «Поведение ионов металлов в биоэлектрохимических системах: обзор». Журнал источников энергии . 275 : 243–260. Бибкод : 2015JPS...275..243L . дои : 10.1016/j.jpowsour.2014.10.168 .
  14. ^ Ох, С.; Логан, Бельгия (2005). «Производство водорода и электроэнергии из сточных вод пищевой промышленности с использованием технологий ферментации и микробных топливных элементов». Исследования воды . 39 (19): 4673–4682. дои : 10.1016/j.watres.2005.09.019 . ПМИД   16289673 .
  15. ^ Филиппон, Тимоте; Тянь, Цзянхао; Бюро, Кристель; Шомон, Седрик; Миду, Седрик; Турнебиз, Жюльен; Буше, Теодор; Барьер, Фредерик (01 августа 2021 г.). «Денитрифицирующие биокатоды, разработанные из отложений водно-болотных угодий, демонстрируют электроактивные биопленки, восстанавливающие нитраты, в которых доминируют роды Azoarcus и Pontibacter» . Биоэлектрохимия . 140 : 107819. doi : 10.1016/j.bioelechem.2021.107819 . ISSN   1567-5394 . ПМИД   33894567 . S2CID   233390050 .
  16. ^ Поус, Нарцисс; Кох, Кристин; Колприм, Хесус; Пуиг, Себастья; Харниш, Фальк (1 декабря 2014 г.). «Внеклеточный перенос электронов биокатодов: выявление потенциала восстановления нитратов и нитритов в денитрифицирующих микробиомах, в которых доминируют Thiobacillus sp» . Электрохимические коммуникации . 49 : 93–97. дои : 10.1016/j.elecom.2014.10.011 . hdl : 10256/10827 . ISSN   1388-2481 .
  17. ^ Субхас С. Мукхопадхьяй; Джо-Эйр Цзян (2013). «Применение микробных топливных элементов в силовых сенсорных сетях для экологического мониторинга». Беспроводные сенсорные сети и экологический мониторинг . Интеллектуальные датчики, измерения и контрольно-измерительные приборы. Том. 3. Спрингер-ссылка. стр. 151–178. дои : 10.1007/978-3-642-36365-8_6 . ISBN  978-3-642-36365-8 .
  18. ^ Ван, Виктор Бочуан; Чуа, Сун-Лин; Цай, Чжао; Сивакумар, Кришнакумар; Чжан, Цичунь; Кьеллеберг, Стаффан; Цао, Бин; Лоо, Сай Чей Иоахим; Ян, Лян (2014). «Стабильный синергетический микробный консорциум для одновременного удаления азокрасителей и генерации биоэлектричества». Биоресурсные технологии . 155 : 71–6. doi : 10.1016/j.biortech.2013.12.078 . ПМИД   24434696 .
  19. ^ Ван, Виктор Бочуан; Чуа, Сун-Лин; Цао, Бин; Севьюр, Томас; Несатый, Виктор Дж; Марсили, Энрико; Кьеллеберг, Стаффан; Гивсков, Михаил; Толкер-Нильсен, Тим; Сун, Хао; Лу, Иоахим Сай Че; Ян, Лян (2013). «Разработка пути биосинтеза PQS для улучшения производства биоэлектричества в микробных топливных элементах Pseudomonas aeruginosa» . ПЛОС ОДИН . 8 (5): e63129. Бибкод : 2013PLoSO...863129W . дои : 10.1371/journal.pone.0063129 . ПМК   3659106 . ПМИД   23700414 .
  20. ^ «Лондонский зоопарк ZSL тестирует первое в мире селфи с растениями» . Зоологическое общество Лондона (ZSL) .
  21. ^ Венката Мохан, С; Моханакришна, Г; Шрикант, С; Сарма, ПН (2008). «Использование биоэлектричества в микробных топливных элементах (MFC) с использованием аэрированного катода посредством анаэробной очистки химических сточных вод с использованием селективно обогащенного водорода, производящего смешанные консорциумы». Топливо . 87 (12): 2667–76. doi : 10.1016/j.fuel.2008.03.002 .
  22. ^ Венката Мохан, С; Моханакришна, Г; Редди, Б. Пурушотам; Сараванан, Р; Сарма, ПН (2008). «Получение биоэлектричества в результате химической очистки сточных вод в безмедиаторном (анодном) микробном топливном элементе (МТЭ) с использованием селективно обогащенного водородом, производящего смешанную культуру в ацидофильной микросреде». Журнал биохимической инженерии . 39 : 121–30. дои : 10.1016/j.bej.2007.08.023 .
  23. ^ Мохан, С. Венката; Вир Рагхавулу, С.; Шрикант, С.; Сарма, ПН (25 июня 2007 г.). «Производство биоэлектричества с помощью микробного топливного элемента без медиатора в ацидофильных условиях с использованием сточных вод в качестве субстрата: Влияние скорости загрузки субстрата». Современная наука . 92 (12): 1720–6. JSTOR   24107621 .
  24. ^ Венката Мохан, С; Сараванан, Р; Рагхавулу, С. Вир; Моханакришна, Г; Сарма, ПН (2008). «Производство биоэлектричества путем очистки сточных вод в двухкамерном микробном топливном элементе (МТЭ) с использованием селективно обогащенной смешанной микрофлоры: эффект католита». Биоресурсные технологии . 99 (3): 596–603. doi : 10.1016/j.biortech.2006.12.026 . ПМИД   17321135 .
  25. ^ Венката Мохан, С; Вир Рагхавулу, С; Сарма, ПН (2008). «Биохимическая оценка процесса производства биоэлектричества в результате анаэробной очистки сточных вод в однокамерном микробном топливном элементе (МТЭ) с мембраной из стекловаты». Биосенсоры и биоэлектроника . 23 (9): 1326–32. дои : 10.1016/j.bios.2007.11.016 . ПМИД   18248978 .
  26. ^ Венката Мохан, С; Вир Рагхавулу, С; Сарма, ПН (2008). «Влияние роста анодной биопленки на производство биоэлектричества в однокамерном безмедиаторном микробном топливном элементе с использованием смешанных анаэробных консорциумов». Биосенсоры и биоэлектроника . 24 (1): 41–7. дои : 10.1016/j.bios.2008.03.010 . ПМИД   18440217 .
  27. ^ Чой, Ю.; Юнг, С.; Ким, С. (2000). «Разработка микробных топливных элементов с использованием Proteus Vulgaris. Бюллетень Корейского химического общества». 21 (1): 44–8. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
  28. ^ Юэ и Лоутер, 1986
  29. ^ Чен, Т.; Бартон, Южная Каролина; Биньямин, Г.; Гао, З.; Чжан, Ю.; Ким, Х.-Х.; Хеллер, А. (сентябрь 2001 г.). «Миниатюрный биотопливный элемент». J Am Chem Soc . 123 (35): 8630–1. дои : 10.1021/ja0163164 . ПМИД   11525685 .
  30. ^ Буллен Р.А., Арно ТК, Лейкман Дж.Б., Уолш (2006). «Биотопливные элементы и их развитие» (PDF) . Биосенсоры и биоэлектроника . 21 (11): 2015–45. дои : 10.1016/j.bios.2006.01.030 . ПМИД   16569499 .
  31. ^ Журнал Eos, Водород из канализации, июнь 2008 г.
  32. ^ Jump up to: а б МудВатт. «Научный комплект MudWatt» . МудВатт .
  33. ^ «ISMET – Международное общество микробной электрохимии и технологий» . 4 сентября 2023 г.
  34. ^ Ким, Б.Х.; Чанг, Исландия; Гил, GC.; Парк, HS.; Ким, HJ. (апрель 2003 г.). «Новый датчик БПК (биологической потребности в кислороде) с использованием микробного топливного элемента без медиатора». Биотехнологические письма . 25 (7): 541–545. дои : 10.1023/А:1022891231369 . ПМИД   12882142 . S2CID   5980362 .
  35. ^ Чанг, Ин Соп; Мун, Хёнсу; Чан, Джэ Гён; Ким, Бён Хон (2005). «Улучшение характеристик микробного топливного элемента в качестве датчика БПК с использованием респираторных ингибиторов». Биосенсоры и биоэлектроника . 20 (9): 1856–9. дои : 10.1016/j.bios.2004.06.003 . ПМИД   15681205 .
  36. ^ Гонг Ю., Радаховский С.Е., Вольф М., Нильсен М.Э., Гиргис П.Р. и Реймерс CE (2011). «Бентосный микробный топливный элемент как прямой источник энергии для акустического модема и системы датчиков кислорода/температуры морской воды». Экологические науки и технологии . 45 (11): 5047–53. Бибкод : 2011EnST...45.5047G . дои : 10.1021/es104383q . ПМИД   21545151 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  37. ^ Биффингер Дж. К., Литтл Б., Пьетрон Дж., Рэй Р., Рингейзен Б. Р. (2008). «Аэробные миниатюрные микробные топливные элементы». Обзор НРЛ : 141–42. {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  38. ^ Пастернак, Гжегож; Гринман, Джон; Иеропулос, Иоаннис (01 июня 2017 г.). «Автономный биосенсор биологической потребности в кислороде с автономным питанием для онлайн-мониторинга качества воды» . Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества . 244 : 815–822. дои : 10.1016/j.snb.2017.01.019 . ISSN   0925-4005 . ПМЦ   5362149 . ПМИД   28579695 .
  39. ^ Хейне, Аннемик Тер; Лю, Фэй; Вейден, Рената ван дер; Вейма, Ян; Буйсман, Сис Дж. Н.; Хамелерс, Хубертус В.М. (2010). «Извлечение меди в сочетании с производством электроэнергии в микробном топливном элементе». Экологические науки и технологии . 44 (11): 4376–81. Стартовый код : 2010EnST...44.4376H . дои : 10.1021/es100526g . ПМИД   20462261 .
  40. ^ Гейдрих, Э.С; Дольфинг, Дж; Скотт, К; Эдвардс, SR; Джонс, К; Кертис, Т.П. (2012). «Производство водорода из бытовых сточных вод в опытно-промышленной микробной электролизной ячейке». Прикладная микробиология и биотехнология . 97 (15): 6979–89. дои : 10.1007/s00253-012-4456-7 . ПМИД   23053105 . S2CID   15306503 .
  41. ^ Чжан, Фей, Хэ, Чжэнь, Гэ, Чжэн (2013). «Использование микробных топливных элементов для обработки неочищенного осадка и первичных сточных вод для производства биоэлектричества». Департамент гражданского строительства и механики; Университет Висконсина – Милуоки . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  42. ^ К. Рабаи и др.: Биотопливные элементы отбирают микробные консорциумы, которые самостоятельно осуществляют перенос электронов. В: Прикл. Окружающая среда. Микробиол. , Том 70, №. 9, 2004, С. 5373–5382.
  43. ^ Делани, генеральный менеджер; Беннетто, HP; Мейсон, младший; Ролик, СД; Стирлинг, Дж.Л.; Терстон, CF (2008). «Сопряжение с переносом электрона в микробных топливных элементах. 2. Характеристики топливных элементов, содержащих выбранные комбинации микроорганизм-медиатор-субстрат». Журнал химической технологии и биотехнологии. Биотехнология . 34 : 13–27. дои : 10.1002/jctb.280340104 .
  44. ^ Литгоу, А.М., Ромеро, Л., Санчес, И.С., Соуто, Ф.А., и Вега, Калифорния (1986). Перехват электрон-транспортной цепи у бактерий гидрофильными редокс-медиаторами. Дж. Хим. Исследования, (S): 178–179.
  45. ^ Ким, Б.Х.; Ким, HJ; Хён, MS; Парк, Д.Х. (1999a). « Прямая электродная реакция с бактерией, восстанавливающей Fe (III), Shewanella putrefacience» (PDF) . J Микробиол Биотехнология . 9 : 127–131. Архивировано из оригинала (PDF) 8 сентября 2004 г.
  46. ^ Фам, Калифорния; Юнг, С.Дж.; Пхунг, Северная Каролина; Ли, Дж.; Чанг, И.С.; Ким, Б.Х.; Йи, Х.; Чун, Дж. (2003). «Новая электрохимически активная и восстанавливающая Fe(III) бактерия, филогенетически родственная Aeromonas Hydrophila, выделенная из микробного топливного элемента» . Письма FEMS по микробиологии . 223 (1): 129–134. дои : 10.1016/S0378-1097(03)00354-9 . ПМИД   12799011 .
  47. ^ «Rasierapparate • plantpower.eu • 2021» . plantpower.eu . Архивировано из оригинала 10 марта 2011 года.
  48. ^ «Экологические технологии» . Вагенинген УР . 06.06.2012.
  49. ^ Стрик, Дэвид ПБТ Б; Хамелерс (Берт), Х.В. М; Снел, Ян Ф.Х; Буйсман, Сис Дж. Н. (2008). «Производство зеленой электроэнергии с использованием живых растений и бактерий в топливном элементе». Международный журнал энергетических исследований . 32 (9): 870–6. дои : 10.1002/er.1397 . S2CID   96849691 .
  50. ^ «Центр передового управления водными ресурсами» . Центр передового управления водными ресурсами .
  51. ^ «DailyTech - Производство водорода микробами угрожает исчезновению этанольного динозавра» .
  52. ^ Невин Келли П.; Вудард Тревор Л.; Фрэнкс Эшли Э.; и др. (май – июнь 2010 г.). «Микробный электросинтез: питание микробов электричеством для преобразования углекислого газа и воды в многоуглеродные внеклеточные органические соединения» . мБио . 1 (2): e00103–10. дои : 10.1128/mBio.00103-10 . ПМЦ   2921159 . ПМИД   20714445 .
  53. ^ Сюй, Боджун; Ге, Чжэн; Он, Чжэнь (2015). «Осадочные микробные топливные элементы для очистки сточных вод: проблемы и возможности» . Наука об окружающей среде: водные исследования и технологии . 1 (3): 279–84. дои : 10.1039/C5EW00020C . hdl : 10919/64969 .
  54. ^ Кларк, Хелен (2 марта 2015 г.). «Очистка сточных вод нефтегазовых предприятий с помощью микробной батареи». Гизмаг.
  55. ^ Боррас, Эдуард. «Новые технологии микробного опреснения готовы к выходу на рынок» . Блог проектов Лейтата . Проверено 9 октября 2020 г.
  56. ^ Элизабет, Элми (2012). «ГЕНЕРАЦИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ «ПУТЬМ ПРИРОДЫ» » . Интернет-журнал СОЛЬ 'Б' . 1 . Архивировано из оригинала 18 января 2013 г.
  57. ^ Стрик, Дэвид ПБТБ; Тиммерс, Рууд А; Хелдер, Маржолейн; Стейнбуш, Кирстен Джей Джей; Хамелерс, Хубертус В.М.; Буйсман, Сис Дж. Н. (2011). «Микробные солнечные элементы: применение фотосинтезирующих и электрохимически активных организмов» . Тенденции в биотехнологии . 29 (1): 41–9. дои : 10.1016/j.tibtech.2010.10.001 . ПМИД   21067833 .
  58. ^ Бомбелли, Паоло; Брэдли, Роберт В.; Скотт, Аманда М; Филипс, Александр Дж; Маккормик, Алистер Дж; Круз, Соня М; Андерсон, Александр; Юнус, Кямран; Бендалл, Дерек С; Кэмерон, Петра Дж; Дэвис, Джулия М; Смит, Элисон Дж; Хау, Кристофер Дж; Фишер, Адриан С. (2011). «Количественный анализ факторов, ограничивающих передачу солнечной энергии Synechocystis sp. PCC 6803 в биологических фотоэлектрических устройствах». Энергетика и экология . 4 (11): 4690–8. дои : 10.1039/c1ee02531g .
  59. ^ «Миниатюрные микробные топливные элементы» . Офис трансфера технологий . Проверено 30 ноября 2014 г.
  60. ^ Биффингер, Джастин С.; Рэй, Рики; Маленькая, Бренда; Рингейзен, Брэдли Р. (2007). «Диверсификация конструкции биологических топливных элементов за счет использования нанопористых фильтров» . Экологические науки и технологии . 41 (4): 1444–49. Бибкод : 2007EnST...41.1444B . дои : 10.1021/es061634u . ПМИД   17593755 .
  61. ^ Шабиба, Антру (5 января 2016 г.). «Семинар 2» . Поделиться слайдом .
  62. ^ Jump up to: а б Пастернак, Гжегож; Гринман, Джон; Иеропулос, Иоаннис (2016). «Комплексное исследование керамических мембран для недорогих микробных топливных элементов» . ChemSusChem . 9 (1): 88–96. дои : 10.1002/cssc.201501320 . ПМЦ   4744959 . ПМИД   26692569 .
  63. ^ Бехера, Манасвини; Яна, Парта С; Гангрекар, ММ (2010). «Оценка характеристик недорогого микробного топливного элемента, изготовленного с использованием глиняного горшка с биотическим и абиотическим катодом». Биоресурсные технологии . 101 (4): 1183–9. doi : 10.1016/j.biortech.2009.07.089 . ПМИД   19800223 .
  64. ^ Уинфилд, Джонатан; Гринман, Джон; Хьюсон, Дэвид; Иеропулос, Иоаннис (2013). «Сравнение терракоты и глины по множеству функциональных возможностей микробных топливных элементов» . Биопроцессы и биосистемная инженерия . 36 (12): 1913–21. дои : 10.1007/s00449-013-0967-6 . ПМИД   23728836 . S2CID   206992845 .
  65. ^ Беннетто, HP (1990). «Выработка электроэнергии микроорганизмами» (PDF) . Биотехнологическое образование . 1 (4): 163–168.
  66. ^ Айер, Картик С. (18 января 2020 г.). «Как происходит перенос электронов в микробных топливных элементах?» . Всемирный журнал микробиологии и биотехнологии . 36 (2): 19. дои : 10.1007/s11274-020-2801-z . ISSN   1573-0972 . ПМИД   31955250 .
  67. ^ Ченг, Ка Ю; Хо, Гоэн; Корд-Рувиш, Ральф (2008). «Сродство микробной биопленки топливных элементов к анодному потенциалу». Экологические науки и технологии . 42 (10): 3828–34. Бибкод : 2008EnST...42.3828C . дои : 10.1021/es8003969 . ПМИД   18546730 .
  68. ^ Беннетто, Х. Питер; Стирлинг, Джон Л; Танака, Казуко; Вега, Кармен А. (1983). «Анодные реакции в микробных топливных элементах». Биотехнология и биоинженерия . 25 (2): 559–68. дои : 10.1002/бит.260250219 . ПМИД   18548670 . S2CID   33986929 .
  69. ^ Рашид, Наим; Цуй, Юй-Фэн; Саиф Ур Рехман, Мухаммед; Хан, Чон Ин (2013). «Увеличенное производство электроэнергии за счет использования биомассы водорослей и активного ила в микробных топливных элементах». Наука об общей окружающей среде . 456–457: 91–4. Бибкод : 2013ScTEn.456...91R . doi : 10.1016/j.scitotenv.2013.03.067 . ПМИД   23584037 .
  70. ^ Банкефа, Олуфеми Эммануэль; Оладеджи, Сейе Юлиус; Айилара-Аканде, Симбиат Олуфунке; Ласиси, Модупе Мариам (июнь 2021 г.). «Микробное искупление «злых» дней: глобальная оценка продовольственной безопасности» . Журнал пищевой науки и технологий . 58 (6): 2041–2053. дои : 10.1007/s13197-020-04725-7 . ПМК   8076430 .
  71. ^ Шабангу, Хая; Бакаре, Бабатунде; Бвапва, Джозеф (1 ноября 2022 г.). «Микробные топливные элементы для электроэнергетики: перспективы расширения и возможности применения в энергосистеме Южной Африки» . Устойчивость . 14 (21): 14268. doi : 10.3390/su142114268 .
  72. ^ Чхве, Сокхын (июль 2015 г.). «Микромасштабные микробные топливные элементы: достижения и проблемы». Биосенсоры и биоэлектроника . 69 : 8–25. дои : 10.1016/j.bios.2015.02.021 .
  73. ^ Он, Ли; Ду, Пэн; Чен, Ичжун; Лу, Хунвэй; Ченг, Си; Чанг, Бэй; Ван, Чжэн (май 2017 г.). «Достижения в области микробных топливных элементов для очистки сточных вод». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 71 : 388–403. дои : 10.1016/j.rser.2016.12.069 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Microbial_fuel_cell&oldid=1221483341#Soil-based"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 5177178e460fdee0542b7318b14de37d__1714446120
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/51/7d/5177178e460fdee0542b7318b14de37d.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Microbial fuel cell - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)