خلية الوقود الميكروبية

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

خلية الوقود الميكروبية ( MFC ) هي نوع من أنظمة خلايا الوقود الكهروكيميائية الحيوية [ 1 ] ، وتُعرف أيضًا باسم خلية الوقود الدقيقة، وتُولد تيارًا كهربائيًا عن طريق تحويل الإلكترونات الناتجة عن الأكسدة الميكروبية للمركبات المختزلة (المعروفة أيضًا بالوقود أو مانح الإلكترونات ) على المصعد إلى مركبات مؤكسدة مثل الأكسجين (المعروف أيضًا بالعامل المؤكسد أو مستقبل الإلكترونات ) على المهبط، وذلك عبر دائرة كهربائية خارجية . تُنتج خلايا الوقود الميكروبية الكهرباء باستخدام الإلكترونات المُستمدة من التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تُحفزها البكتيريا. [ 2 ] يمكن تصنيف خلايا الوقود الميكروبية إلى فئتين رئيسيتين: خلايا الوقود الميكروبية المُوَسَّطة وخلايا الوقود الميكروبية غير المُوَسَّطة. استخدمت خلايا الوقود الميكروبية الأولى، التي عُرضت في أوائل القرن العشرين، وسيطًا: وهو مادة كيميائية تنقل الإلكترونات من البكتيريا داخل الخلية إلى المصعد. ظهرت خلايا الوقود الميكروبية غير المُوَسَّطة في سبعينيات القرن العشرين؛ في هذا النوع من خلايا الوقود الميكروبية، تحتوي البكتيريا عادةً على بروتينات أكسدة واختزال نشطة كهروكيميائيًا ، مثل السيتوكرومات، على غشائها الخارجي، والتي يمكنها نقل الإلكترونات مباشرةً إلى المصعد. [ 3 ] [ 4 ] في القرن الحادي والعشرين، بدأت خلايا الوقود الميكروبية تجد استخدامًا تجاريًا في معالجة مياه الصرف الصحي. [ 5 ]

تاريخ

ظهرت فكرة استخدام الميكروبات لإنتاج الكهرباء في أوائل القرن العشرين. بدأ مايكل كريس بوتر هذا الموضوع عام ١٩١١. [ ٦ ] تمكن بوتر من توليد الكهرباء من خميرة Saccharomyces cerevisiae ، لكن هذا العمل لم يحظَ بتغطية إعلامية واسعة. في عام ١٩٣١، ابتكر بارنيت كوهين خلايا وقود ميكروبية نصفية ، قادرة عند توصيلها على التوالي على إنتاج أكثر من ٣٥ فولتًا بتيار لا يتجاوز ٢ مللي أمبير . [ ٧ ]

استخدمت دراسة أجراها ديلدوكا وآخرون الهيدروجين الناتج عن تخمير الجلوكوز بواسطة بكتيريا كلوستريديوم بوتيريكوم كمتفاعل عند مصعد خلية وقود الهيدروجين والهواء. ورغم أن الخلية عملت، إلا أنها كانت غير موثوقة بسبب عدم استقرار إنتاج الهيدروجين بواسطة الكائنات الدقيقة. [ 8 ] وقد حُلّت هذه المشكلة بواسطة سوزوكي وآخرون في عام 1976، [ 9 ] الذين قدموا تصميمًا ناجحًا لخلية وقود ميكروبية بعد عام. [ 10 ]

في أواخر سبعينيات القرن الماضي، لم يكن مفهوم آلية عمل خلايا الوقود الميكروبية واضحًا. درس روبن إم. ألين هذا المفهوم، ثم درسه لاحقًا إتش. بيتر بينيتو. كان يُنظر إلى خلية الوقود آنذاك كطريقة محتملة لتوليد الكهرباء في الدول النامية. ساهمت أعمال بينيتو، التي بدأت في أوائل ثمانينيات القرن الماضي، في ترسيخ فهم آلية عمل خلايا الوقود، حتى بات يُعتبر من أبرز الخبراء في هذا المجال.

في مايو 2007، أنجزت جامعة كوينزلاند الأسترالية نموذجًا أوليًا لخلية وقود ميكروبية (MFC) بالتعاون مع شركة فوسترز بروينغ . وقد حوّل هذا النموذج، الذي صُمم بسعة 10 لترات، مياه الصرف الصحي الناتجة عن صناعة الجعة إلى ثاني أكسيد الكربون ومياه نظيفة وكهرباء. وكان لدى الفريق خطط لإنشاء نموذج تجريبي لعرضه في مؤتمر دولي قادم حول الطاقة الحيوية. [ 11 ]

تعريف

خلية الوقود الميكروبية (MFC) هي جهاز يحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية بفعل الكائنات الدقيقة . [ 12 ] تُصنع هذه الخلايا الكهروكيميائية باستخدام قطب موجب حيوي و/أو قطب سالب حيوي. تحتوي معظم خلايا الوقود الميكروبية على غشاء يفصل بين حجرتي القطب الموجب (حيث تحدث الأكسدة) والقطب السالب (حيث تحدث عملية الاختزال). تُنقل الإلكترونات الناتجة أثناء الأكسدة مباشرةً إلى قطب كهربائي أو إلى وسيط أكسدة-اختزال . ينتقل تدفق الإلكترونات إلى القطب السالب. يُحافظ على توازن الشحنة في النظام عن طريق حركة الأيونات داخل الخلية، عادةً عبر غشاء أيوني. تستخدم معظم خلايا الوقود الميكروبية مانح إلكترونات عضوي يتأكسد لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والبروتونات والإلكترونات. وقد تم الإبلاغ عن مانحات إلكترونات أخرى، مثل مركبات الكبريت أو الهيدروجين. [ 13 ] يستخدم تفاعل القطب السالب مجموعة متنوعة من مستقبلات الإلكترونات، وأكثرها شيوعًا الأكسجين (O2 ) . وتشمل مستقبلات الإلكترون الأخرى التي تمت دراستها استعادة المعادن عن طريق الاختزال، [ 14 ] الماء إلى الهيدروجين، [ 15 ] اختزال النترات، [ 16 ] [ 17 ] واختزال الكبريتات.

التطبيقات

توليد الطاقة

تُعدّ خلايا الوقود الميكروبية خيارًا جذابًا لتطبيقات توليد الطاقة التي تتطلب طاقة منخفضة، ولكن حيث قد يكون استبدال البطاريات غير عملي، مثل شبكات الاستشعار اللاسلكية . [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] ويمكن استخدام أجهزة الاستشعار اللاسلكية التي تعمل بخلايا الوقود الميكروبية، على سبيل المثال، للمراقبة عن بُعد (الترشيد). [ 21 ]

يمكن استخدام أي مادة عضوية تقريبًا لتغذية خلية الوقود، بما في ذلك ربط الخلايا بمحطات معالجة مياه الصرف الصحي . وقد تم استخدام مياه الصرف الناتجة عن العمليات الكيميائية [ 22 ] [ 23 ] ومياه الصرف الاصطناعية [ 24 ] [ 25 ] لإنتاج الطاقة الحيوية في خلايا الوقود الميكروبية ثنائية وأحادية الحجرة بدون وسيط (أقطاب جرافيت غير مطلية).

لوحظ إنتاج طاقة أعلى باستخدام مصعد من الجرافيت المغطى بغشاء حيوي . [ 26 ] [ 27 ] انبعاثات خلايا الوقود أقل بكثير من الحدود التنظيمية. [ 28 ] تحول خلايا الوقود الميكروبية الطاقة بكفاءة أعلى من محركات الاحتراق الداخلي التقليدية ، التي يحدها معامل كارنو . نظريًا، يمكن لخلية الوقود الميكروبية أن تحقق كفاءة طاقة تتجاوز 50% بكثير. [ 29 ] أنتجت شركة روزندال الهيدروجين باستخدام طاقة أقل بثماني مرات من تقنيات إنتاج الهيدروجين التقليدية.

علاوة على ذلك، يمكن لخلايا الوقود الميكروبية العمل على نطاق أصغر. في بعض الحالات، لا يتجاوز سمك الأقطاب الكهربائية 7 ميكرومترات وطولها 2  سنتيمتر، [ 30 ] مما يسمح لخلية الوقود الميكروبية باستبدال البطارية. فهي توفر شكلاً متجدداً من الطاقة ولا تحتاج إلى إعادة شحن.

تعمل خلايا الوقود الميكروبية بشكل جيد في الظروف المعتدلة، من 20  درجة مئوية إلى 40  درجة مئوية وعند درجة حموضة حوالي 7 [ 31 ] ولكنها تفتقر إلى الاستقرار المطلوب للتطبيقات الطبية طويلة المدى مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب .

يمكن أن تعتمد محطات توليد الطاقة على النباتات المائية مثل الطحالب. وإذا تم وضعها بجوار نظام طاقة قائم، فيمكن لنظام خلايا الوقود الميكروبية مشاركة خطوط الكهرباء الخاصة به. [ 32 ]

تعليم

تُستخدم خلايا الوقود الميكروبية المُستخلصة من التربة كأدوات تعليمية، إذ تشمل تخصصات علمية متعددة (علم الأحياء الدقيقة، والكيمياء الجيولوجية، والهندسة الكهربائية، وغيرها)، ويمكن تصنيعها باستخدام مواد متوفرة بسهولة، مثل التربة ومكونات الثلاجة. وتتوفر مجموعات أدوات لمشاريع العلوم المنزلية والفصول الدراسية. [ 33 ] ومن الأمثلة على استخدام خلايا الوقود الميكروبية في الفصول الدراسية منهج IBET (علم الأحياء المتكامل، واللغة الإنجليزية، والتكنولوجيا) في مدرسة توماس جيفرسون الثانوية للعلوم والتكنولوجيا . كما تتوفر العديد من مقاطع الفيديو والمقالات التعليمية على موقع الجمعية الدولية للكيمياء الكهربائية والتكنولوجيا الميكروبية (ISMET Society) . [ 34 ]

المستشعر الحيوي

يتناسب التيار المتولد من خلية الوقود الميكروبية تناسباً طردياً مع محتوى المواد العضوية في مياه الصرف الصحي المستخدمة كوقود. ويمكن لخلايا الوقود الميكروبية قياس تركيز المواد المذابة في مياه الصرف الصحي (أي، كمستشعر حيوي ). [ 35 ]

يُقيّم ماء الصرف الصحي عادةً من خلال قياس قيم الطلب البيولوجي على الأكسجين (BOD). تُحدد قيم BOD عن طريق حضانة العينات لمدة 5 أيام مع مصدر مناسب للميكروبات، وعادةً ما يكون الحمأة المنشطة المجمعة من محطات معالجة مياه الصرف الصحي.

يمكن لمستشعر BOD من نوع خلية الوقود الميكروبية (MFC) توفير قيم BOD في الوقت الفعلي. يُعدّ كلٌّ من الأكسجين والنترات من مستقبلات الإلكترونات المفضلة على المصعد، مما يقلل من توليد التيار من خلية الوقود الميكروبية. لذلك، تُقلل مستشعرات BOD في خلية الوقود الميكروبية من تقدير قيم BOD في وجود هذه المستقبلات. يمكن تجنب ذلك عن طريق تثبيط التنفس الهوائي وتنفس النترات في خلية الوقود الميكروبية باستخدام مثبطات الأكسيداز الطرفية مثل السيانيد والأزيد . [ 36 ] تتوفر هذه المستشعرات تجاريًا.

تدرس البحرية الأمريكية استخدام خلايا الوقود الميكروبية لتشغيل أجهزة الاستشعار البيئية. يُمكن أن يوفر استخدام هذه الخلايا الطاقة لفترات أطول، ويُمكّن من جمع واسترجاع البيانات تحت سطح البحر دون الحاجة إلى بنية تحتية سلكية. تكفي الطاقة المُولّدة من هذه الخلايا لتشغيل أجهزة الاستشعار بعد فترة بدء التشغيل الأولية. [ 37 ] ونظرًا لظروف قاع البحر (ارتفاع تركيز الأملاح، وتقلب درجات الحرارة، ومحدودية المغذيات)، قد تستخدم البحرية خلايا الوقود الميكروبية مع مزيج من الكائنات الحية الدقيقة المُقاومة للملوحة، مما يسمح بالاستفادة الكاملة من المغذيات المتاحة. تُعدّ بكتيريا شيوانيلا أونيدنسيس المرشح الرئيسي، ولكن قد تُضاف أنواع أخرى من بكتيريا شيوانيلا المُقاومة للحرارة والبرودة . [ 38 ]

تم تطوير أول مستشعر حيوي ذاتي التشغيل يعمل بشكل مستقل لقياس الطلب البيولوجي على الأكسجين/الطلب الكيميائي على الأكسجين، مما يُمكّن من الكشف عن الملوثات العضوية في المياه العذبة. يعتمد المستشعر فقط على الطاقة المُنتجة من خلايا الوقود الميكروبية، ويعمل باستمرار دون صيانة. يُطلق المستشعر إنذارًا للإشارة إلى مستوى التلوث: يشير ارتفاع تردد الإشارة إلى ارتفاع مستوى التلوث، بينما يشير انخفاض التردد إلى انخفاض مستوى التلوث. [ 39 ]

الاستعادة البيولوجية

في عام 2010، قام أ. تير هيجن وآخرون [ 40 ] ببناء جهاز قادر على إنتاج الكهرباء واختزال أيونات النحاس 2+ إلى معدن النحاس.

لقد ثبت أن خلايا التحليل الكهربائي الميكروبي تنتج الهيدروجين. [ 41 ]

معالجة مياه الصرف الصحي

تُستخدم خلايا الوقود الميكروبية في معالجة المياه لاستخلاص الطاقة من خلال الهضم اللاهوائي . كما تُسهم هذه العملية في الحد من مسببات الأمراض. مع ذلك، تتطلب هذه العملية درجات حرارة تتجاوز 30 درجة مئوية، بالإضافة إلى خطوة إضافية لتحويل الغاز الحيوي إلى كهرباء. ويمكن استخدام فواصل حلزونية لزيادة توليد الكهرباء عن طريق إحداث تدفق حلزوني داخل خلية الوقود الميكروبية. ويُعدّ توسيع نطاق خلايا الوقود الميكروبية تحديًا نظرًا لتحديات إنتاج الطاقة الناتجة عن زيادة مساحة السطح. [ 42 ]

الأنواع

الوساطة

معظم الخلايا الميكروبية غير نشطة كهروكيميائيًا. يتم تسهيل انتقال الإلكترونات من الخلايا الميكروبية إلى القطب الكهربائي بواسطة وسائط مثل الثيونين ، والبيوسيانين ، [ 43 ] وميثيل فيولجين ، وميثيل الأزرق ، وحمض الهيوميك ، والأحمر المتعادل . [ 44 ] [ 45 ] معظم الوسائط المتاحة باهظة الثمن وسامة.

بدون وسيط

خلية وقود ميكروبية نباتية (PMFC)

تستخدم خلايا الوقود الميكروبية الخالية من الوسائط بكتيريا نشطة كهروكيميائيًا، مثل شيوانيلا بوتريفاسينز [ 46 ] وإيروموناس هيدروفيلا [ 47 ] ، لنقل الإلكترونات مباشرةً من إنزيم التنفس البكتيري إلى القطب الكهربائي. بعض البكتيريا قادرة على نقل إنتاجها من الإلكترونات عبر الشعيرات الموجودة على غشائها الخارجي. لا تزال خلايا الوقود الميكروبية الخالية من الوسائط غير موصوفة بدقة كافية، من حيث سلالة البكتيريا المستخدمة في النظام، ونوع غشاء التبادل الأيوني ، وظروف النظام (درجة الحرارة، ودرجة الحموضة، إلخ).

يمكن لخلايا الوقود الميكروبية الخالية من الوسائط أن تعمل على مياه الصرف الصحي وتستمد الطاقة مباشرةً من بعض النباتات والأكسجين . يُعرف هذا النوع من الخلايا باسم خلية الوقود الميكروبية النباتية. تشمل النباتات الممكنة القصب الحلو ، والحشيشة الحلزونية ، والأرز، والطماطم، والترمس ، والطحالب . [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] ونظرًا لأن الطاقة تُستمد باستخدام نباتات حية ( إنتاج الطاقة في الموقع )، فإن هذا النوع من الخلايا يوفر مزايا بيئية.

التحليل الكهربائي الميكروبي

أحد أنواع خلايا الوقود الميكروبية الخالية من الوسيط هي خلية التحليل الكهربائي الميكروبي (MEC). فبينما تُنتج خلايا الوقود الميكروبية تيارًا كهربائيًا عن طريق التحلل البكتيري للمركبات العضوية في الماء، تعكس خلايا التحليل الكهربائي الميكروبي العملية جزئيًا لتوليد الهيدروجين أو الميثان بتطبيق جهد كهربائي على البكتيريا. يُكمّل هذا الجهد الناتج عن التحلل الميكروبي للمواد العضوية، مما يؤدي إلى التحليل الكهربائي للماء أو إنتاج الميثان. [ 51 ] [ 52 ] ويُلاحظ انعكاس كامل لمبدأ خلايا الوقود الميكروبية في التخليق الكهربائي الميكروبي ، حيث تُختزل ثاني أكسيد الكربون بواسطة البكتيريا باستخدام تيار كهربائي خارجي لتكوين مركبات عضوية متعددة الكربون. [ 53 ]

التربة

خلية وقود ميكروبية قائمة على التربة

تعتمد خلايا الوقود الميكروبية القائمة على التربة على المبادئ الأساسية لخلايا الوقود الميكروبية، حيث تعمل التربة كوسط أنودي غني بالمغذيات، وملقح، وغشاء لتبادل البروتونات . يوضع الأنود على عمق محدد داخل التربة، بينما يستقر الكاثود فوق سطح التربة ويتعرض للهواء.

تزخر التربة بطبيعتها بأنواعٍ مختلفة من الكائنات الحية الدقيقة ، بما في ذلك البكتيريا المولدة للكهرباء اللازمة لخلايا الوقود الميكروبية، وهي غنية بالسكريات المعقدة والمغذيات الأخرى المتراكمة من تحلل المواد النباتية والحيوانية. علاوة على ذلك، تعمل الكائنات الحية الدقيقة الهوائية (المستهلكة للأكسجين) الموجودة في التربة كمرشح للأكسجين، تمامًا مثل مواد PEM باهظة الثمن المستخدمة في أنظمة خلايا الوقود الميكروبية المختبرية، مما يؤدي إلى انخفاض جهد الأكسدة والاختزال في التربة مع زيادة العمق. أصبحت خلايا الوقود الميكروبية القائمة على التربة أدوات تعليمية شائعة في فصول العلوم. [ 33 ]

استُخدمت خلايا الوقود الميكروبية الرسوبية (SMFCs) في معالجة مياه الصرف الصحي . وتستطيع خلايا الوقود الميكروبية الرسوبية البسيطة توليد الطاقة أثناء تطهير مياه الصرف الصحي . وتحتوي معظم هذه الخلايا على نباتات لمحاكاة الأراضي الرطبة المُصممة. وبحلول عام 2015، وصلت سعة اختبارات خلايا الوقود الميكروبية الرسوبية إلى أكثر من 150 لترًا. [ 54 ]

في عام 2015، أعلن باحثون عن تطبيق لخلايا الوقود الميكروبية السعوية (SMFC) لاستخلاص الطاقة وشحن البطارية . تتفكك الأملاح في الماء إلى أيونات موجبة وسالبة الشحنة، وتتحرك هذه الأيونات وتلتصق بالأقطاب الكهربائية السالبة والموجبة، مما يؤدي إلى شحن البطارية وإمكانية إزالة الملح، وذلك من خلال عملية تحلية المياه الميكروبية السعوية . تنتج الميكروبات طاقةً تفوق الطاقة اللازمة لعملية التحلية. [ 55 ] في عام 2020، نجح مشروع بحثي أوروبي في معالجة مياه البحر وتحويلها إلى مياه عذبة للاستهلاك البشري باستهلاك طاقة يبلغ حوالي 0.5 كيلوواط ساعة/م³، وهو ما يمثل انخفاضًا بنسبة 85% في استهلاك الطاقة الحالي مقارنةً بأحدث تقنيات التحلية. علاوة على ذلك، تعمل العملية البيولوجية التي تُستخلص منها الطاقة على تنقية المياه المتبقية في الوقت نفسه، تمهيدًا لتصريفها في البيئة أو إعادة استخدامها في الاستخدامات الزراعية والصناعية. وقد تحقق ذلك في مركز ابتكار التحلية الذي افتتحته شركة أكواليا في دينيا، إسبانيا، مطلع عام 2020. [ 56 ]

الغشاء الحيوي الضوئي

تستخدم خلايا الوقود الميكروبية ذات الأغشية الحيوية الضوئية (ner) مصعدًا من الأغشية الحيوية الضوئية يحتوي على كائنات دقيقة تقوم بعملية التمثيل الضوئي مثل الطحالب الخضراء والطحالب الكانديانوية . تقوم هذه الكائنات بعملية التمثيل الضوئي، وبالتالي تنتج مستقلبات عضوية وتتبرع بالإلكترونات. [ 57 ]

وجدت إحدى الدراسات أن خلايا الوقود الغشائية ذات الأغشية الرقيقة (PBMFCs) تُظهر كثافة طاقة كافية للتطبيقات العملية. [ 58 ]

تُسمى الفئة الفرعية من خلايا الوقود الميكروبية الضوئية التي تستخدم مواد التمثيل الضوئي الأكسجينية فقط عند المصعد أحيانًا بالأنظمة الكهروضوئية البيولوجية . [ 59 ]

غشاء نانوي مسامي

طوّر مختبر الأبحاث البحرية الأمريكي خلايا وقود ميكروبية ذات غشاء نانوي مسامي، تستخدم غشاءً غير بوليمري (غير PEM) لتوليد الانتشار السلبي داخل الخلية. [ 60 ] الغشاء عبارة عن مرشح بوليمري غير مسامي ( نايلون ، أو سليلوز ، أو بولي كربونات ). يوفر كثافة طاقة مماثلة لكثافة طاقة نافيون (غشاء بوليمري معروف) مع متانة أكبر. تسمح الأغشية المسامية بالانتشار السلبي، مما يقلل الطاقة اللازمة لتزويد خلية الوقود الميكروبية للحفاظ على نشاط الغشاء البوليمري، ويزيد من إجمالي إنتاج الطاقة. [ 61 ]

تستطيع خلايا الوقود الميكروبية التي لا تستخدم غشاءً نشر البكتيريا اللاهوائية في البيئات الهوائية. مع ذلك، تعاني هذه الخلايا من تلوث المهبط بالبكتيريا الموجودة فيها والميكروب المُزوِّد للطاقة. يتيح الانتشار السلبي المبتكر للأغشية النانوية المسامية تحقيق مزايا خلايا الوقود الميكروبية التي لا تستخدم غشاءً دون القلق من تلوث المهبط. كما أن الأغشية النانوية المسامية أرخص بـ 11 مرة من غشاء نافيون (نافيون-117، 0.22 دولار/سم² مقابل البولي كربونات، أقل من 0.02 دولار/سم² ) . [ 62 ]

غشاء سيراميكي

يمكن استبدال أغشية تبادل البروتونات (PEM) بمواد خزفية. قد تصل تكلفة الأغشية الخزفية إلى 5.66 دولارًا أمريكيًا/ م² . يسمح التركيب المسامي الكبير للأغشية الخزفية بنقل جيد للأيونات. [ 63 ]

المواد التي تم استخدامها بنجاح في خلايا الوقود الميكروبية الخزفية هي الفخار ، والألومينا ، والموليت ، والبيروفيلليت ، والطين المحروق . [ 63 ] [ 64 ] [ 65 ]

عملية التوليد

عندما تستهلك الكائنات الدقيقة مادة مثل السكر في ظروف هوائية، فإنها تنتج ثاني أكسيد الكربون والماء . ومع ذلك، في حالة عدم وجود الأكسجين ، قد تنتج ثاني أكسيد الكربون وأيونات الهيدروجين والإلكترونات ، كما هو موضح أدناه بالنسبة للسكروز : [ 66 ]

تستخدم خلايا الوقود الميكروبية وسائط غير عضوية للاستفادة من سلسلة نقل الإلكترون في الخلايا وتوجيه الإلكترونات المنتجة. يعبر الوسيط الأغشية الدهنية الخارجية للخلايا والغشاء الخارجي للبكتيريا ؛ ثم يبدأ في تحرير الإلكترونات من سلسلة نقل الإلكترون التي عادةً ما يمتصها الأكسجين أو وسائط أخرى.

يخرج الوسيط المختزل من الخلية محملاً بالإلكترونات التي ينقلها إلى قطب كهربائي، ليصبح هذا القطب هو المصعد. ويعيد إطلاق الإلكترونات الوسيط إلى حالته المؤكسدة الأصلية، جاهزاً لتكرار العملية. ولا يمكن أن يحدث هذا إلا في ظروف لاهوائية ؛ أما في وجود الأكسجين، فإنه سيجمع الإلكترونات، لأنه يمتلك طاقة حرة أكبر لإطلاقها .

تستطيع بعض أنواع البكتيريا تجاوز استخدام الوسائط غير العضوية من خلال الاستفادة من مسارات نقل إلكترونية خاصة تُعرف مجتمعةً باسم نقل الإلكترون خارج الخلية (EET) . تسمح مسارات EET للميكروب باختزال المركبات خارج الخلية مباشرةً، ويمكن استخدامها لتمكين التواصل الكهروكيميائي المباشر مع المصعد. [ 67 ]

في عملية تشغيل خلية الوقود الميكروبية، يُعد المصعد مستقبل الإلكترونات النهائي الذي تتعرف عليه البكتيريا في حجرة المصعد. ولذلك، يعتمد النشاط الميكروبي بشكل كبير على جهد الأكسدة والاختزال للمصعد. وقد تم الحصول على منحنى ميكايليس-مينتين الذي يربط بين جهد المصعد وقدرة خرج خلية الوقود الميكروبية التي تعمل بالأسيتات . ويبدو أن جهد المصعد الحرج يوفر أقصى قدرة خرج. [ 68 ]

تشمل الوسائط المحتملة اللون الأحمر الطبيعي، والميثيلين الأزرق، والثيونين، والريزوروفين. [ 69 ]

تُسمى الكائنات الحية القادرة على إنتاج تيار كهربائي بالكائنات الخارجية المولدة للتيار الكهربائي . ولتحويل هذا التيار إلى كهرباء قابلة للاستخدام، يجب وضع هذه الكائنات في خلية وقود.

يُخلط الوسيط مع كائن دقيق، مثل الخميرة، في محلول يُضاف إليه ركيزة، مثل الجلوكوز . يُوضع هذا المزيج في حجرة محكمة الإغلاق لمنع دخول الأكسجين، مما يُجبر الكائن الدقيق على القيام بالتنفس اللاهوائي . يُوضع قطب كهربائي في المحلول ليعمل كقطب موجب (أنود).

تحتوي الحجرة الثانية من خلية الوقود الميكروبية على محلول آخر ومهبط موجب الشحنة. وهو يُعادل مُستقبِل الأكسجين في نهاية سلسلة نقل الإلكترون، خارج الخلية البيولوجية. المحلول عبارة عن عامل مؤكسد يلتقط الإلكترونات عند المهبط. وكما هو الحال مع سلسلة نقل الإلكترون في خلية الخميرة، يمكن أن يكون هذا العامل المؤكسد مجموعة متنوعة من الجزيئات مثل الأكسجين، على الرغم من أن الخيار الأنسب هو استخدام عامل مؤكسد صلب، والذي يتطلب حجمًا أقل.

يربط سلك (أو مسار موصل كهربائي آخر) بين القطبين. ويكمل الدائرة الكهربائية ويربط بين الحجرتين جسر ملحي أو غشاء تبادل أيوني. تسمح هذه الخاصية الأخيرة للبروتونات المُنتجة، كما هو موضح في المعادلة 1 ، بالمرور من حجرة المصعد إلى حجرة المهبط.

ينقل الوسيط المختزل الإلكترونات من الخلية إلى القطب الكهربائي. هنا، يتأكسد الوسيط أثناء نقله للإلكترونات. ثم تتدفق هذه الإلكترونات عبر السلك إلى القطب الثاني، الذي يعمل كمستقبل لها. ومن هناك، تنتقل إلى مادة مؤكسدة. كما تُنقل أيونات الهيدروجين/البروتونات من المصعد إلى المهبط عبر غشاء تبادل بروتوني مثل نافيون . ستنتقل هذه الأيونات إلى منطقة ذات تدرج تركيز أقل وتتحد مع الأكسجين، ولكنها تحتاج إلى إلكترون للقيام بذلك. هذا يُولد تيارًا كهربائيًا، ويُستخدم الهيدروجين في الحفاظ على تدرج التركيز.

وقد لوحظ أن الكتلة الحيوية للطحالب تعطي طاقة عالية عند استخدامها كركيزة في خلايا الوقود الميكروبية. [ 70 ]

تطبيقات في مجال المعالجة البيئية

برزت خلايا الوقود الميكروبية (MFCs) كأدوات واعدة لمعالجة التلوث البيئي، وذلك لقدرتها الفريدة على استغلال الأنشطة الأيضية للكائنات الدقيقة لتوليد الكهرباء وتحليل الملوثات. [ 71 ] وتُستخدم خلايا الوقود الميكروبية في مجالات متنوعة لمعالجة التلوث البيئي. أحد تطبيقاتها الرئيسية هو المعالجة الحيوية، حيث تُشارك الكائنات الدقيقة النشطة كهربائيًا على مصعد خلية الوقود الميكروبية بفعالية في تحليل الملوثات العضوية، مما يوفر طريقة مستدامة وفعالة لإزالة الملوثات. علاوة على ذلك، تلعب خلايا الوقود الميكروبية دورًا هامًا في معالجة مياه الصرف الصحي من خلال توليد الكهرباء وتحسين جودة المياه في آنٍ واحد عبر التحلل الميكروبي للملوثات. ويمكن نشر هذه الخلايا في الموقع، مما يسمح بمعالجة مستمرة ومستقلة في المواقع الملوثة. كما يمتد تنوعها ليشمل خلايا الوقود الميكروبية للرواسب (SMFCs)، القادرة على إزالة المعادن الثقيلة والمغذيات من الرواسب. [ 72 ] ومن خلال دمج خلايا الوقود الميكروبية مع أجهزة الاستشعار، يُمكن رصد البيئة عن بُعد في المواقع الصعبة. تُبرز تطبيقات خلايا الوقود الميكروبية في المعالجة البيئية إمكاناتها في تحويل الملوثات إلى مصدر طاقة متجدد مع المساهمة الفعالة في استعادة النظم البيئية والحفاظ عليها.

التحديات والتقدم

تُقدّم خلايا الوقود الميكروبية (MFCs) إمكانات هائلة كتقنيات مستدامة ومبتكرة، إلا أنها لا تخلو من التحديات. يتمثل أحد أبرز هذه التحديات في تحسين أداء هذه الخلايا، وهو ما يزال مهمة معقدة نظرًا لعوامل متعددة تشمل التنوع الميكروبي، ومواد الأقطاب الكهربائية، وتصميم المفاعل. [ 73 ] ويُشكّل تطوير مواد أقطاب كهربائية فعّالة من حيث التكلفة وطويلة الأمد عقبة أخرى، إذ يؤثر بشكل مباشر على الجدوى الاقتصادية لخلايا الوقود الميكروبية على نطاق أوسع. علاوة على ذلك، يطرح توسيع نطاق استخدام هذه الخلايا للتطبيقات العملية تحديات هندسية ولوجستية. ومع ذلك، يواصل البحث العلمي في تكنولوجيا خلايا الوقود الميكروبية العمل على معالجة هذه العقبات. ويعمل العلماء بنشاط على استكشاف مواد أقطاب كهربائية جديدة، وتعزيز المجتمعات الميكروبية لتحسين الكفاءة، وتحسين تكوينات المفاعل. كما أتاحت التطورات في علم الأحياء التركيبي والهندسة الوراثية إمكانية تصميم ميكروبات مُخصصة ذات قدرات مُحسّنة على نقل الإلكترونات، مما يدفع حدود أداء خلايا الوقود الميكروبية إلى آفاق جديدة. [ 74 ] تساهم الجهود التعاونية بين المجالات متعددة التخصصات أيضًا في فهم أعمق لآليات خلايا الوقود الميكروبية وتوسيع تطبيقاتها المحتملة في مجالات مثل معالجة مياه الصرف الصحي، والمعالجة البيئية، وإنتاج الطاقة المستدامة.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ لوغان، بروس إي؛ هاميلرز، بيرت؛ روزندال، رينيه؛ شرودر، أوفه؛ كيلر، يورغ؛ فريغيا، ستيفانو؛ ألترمان، بيتر؛ فيرسترات، ويلي؛ راباي، كورنيل (2006). "خلايا الوقود الميكروبية: المنهجية والتكنولوجيا". العلوم والتكنولوجيا البيئية . 40 (17): 5181-5192 . doi : 10.1021/es0605016 . PMID 16999087 . 
  2. ↑ التكنولوجيا الحيوية الشاملة (تقرير فني) ( الطبعة الثالثة). 
  3. ↑ بادوال، سوخفيندر ب. س؛ جيدي، ساربجيت س؛ مونينغز، كريستوفر؛ بهات، أناند إ؛ هولينكامب، أنتوني ف (2014). "تقنيات تحويل وتخزين الطاقة الكهروكيميائية الناشئة" . فرونتيرز إن كيمستري . 2 : 79. Bibcode : 2014FrCh....2...79B . doi : 10.3389 / fchem.2014.00079 . PMC 4174133. PMID 25309898 .  
  4. ↑ مين، بوكي؛ تشنغ، شاوآن؛ لوغان، بروس إي (2005). "توليد الكهرباء باستخدام خلايا الوقود الميكروبية الغشائية وخلايا الوقود الميكروبية ذات الجسر الملحي". أبحاث المياه . 39 (9): 1675-1686 . Bibcode : 2005WatRe..39.1675M . doi : 10.1016/j.watres.2005.02.002 . PMID 15899266 . 
  5. ↑ "محطة تجريبية لتصنيع الجعة بتقنية MFC في مصنع فوسترز للجعة" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 مارس 2013 .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  6. ↑ بوتر، م. س. (1911). "التأثيرات الكهربائية المصاحبة لتحلل المركبات العضوية" . وقائع الجمعية الملكية ب: العلوم البيولوجية . 84 (571): 260-276 . Bibcode : 1911RSPSB..84..260P . doi : 10.1098/rspb.1911.0073 . JSTOR 80609 . 
  7. ↑ كوهين، ب. (1931). "المزرعة البكتيرية كخلية كهربائية نصفية". مجلة علم البكتيريا . 21 : 18-19 .
  8. ↑ ديلدوكا، إم جي، فريسكو، جي إم، وزوريلا، آر دبليو (1963). التطورات في علم الأحياء الدقيقة الصناعية. المعهد الأمريكي للعلوم البيولوجية ، 4، ص 81-84.
  9. ↑ كاروبي، آي.؛ ماتاسونغا، تي.؛ سوزوكي، إس.؛ تسورو، إس. (1976). "إنتاج الهيدروجين المستمر بواسطة خلايا كاملة مثبتة من كلوستريديوم بوتيريكوم ". مجلة بيوشيميكا وبيوفيزيكا أكتا (BBA) - مواضيع عامة . 24 (2): 338-343 . doi : 10.1016/0304-4165(76)90376-7 . PMID 9145 . 
  10. ↑ كاروبي، إيساو؛ ماتسوناغا، تاداشي؛ تسورو، شينيا؛ سوزوكي، شويتشي (نوفمبر 1977). "خلايا كيميائية حيوية تستخدم خلايا مثبتة من كلوستريديوم بوتيريكوم " . التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية . 19 (11): 1727-1733 . doi : 10.1002/bit.260191112 .
  11. ↑ "صياغة حلول مستدامة للطاقة" . جامعة كوينزلاند، أستراليا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 أغسطس 2014 .
  12. ↑ ألين، آر إم؛ بينيتو، إتش بي (1993). "خلايا الوقود الميكروبية: إنتاج الكهرباء من الكربوهيدرات". الكيمياء الحيوية التطبيقية والتكنولوجيا الحيوية . 39-40 : 27-40 . doi : 10.1007/bf02918975 . S2CID 84142118 . 
  13. ↑ بانت، د.؛ فان بوغارت، ج.؛ ديلز، ل.؛ فانبروكهوفن، ك. (2010). "مراجعة للركائز المستخدمة في خلايا الوقود الميكروبية (MFCs) لإنتاج الطاقة المستدامة". تكنولوجيا الموارد الحيوية . 101 (6): 1533-1543 . Bibcode : 2010BiTec.101.1533P . doi : 10.1016/j.biortech.2009.10.017 . PMID 19892549 . 
  14. ↑ لو، ز.؛ تشانغ، د.؛ ما، ج.؛ هوانغ، ج.؛ كاي، ل.؛ تشانغ، ل. (2015). "سلوك أيونات المعادن في الأنظمة الكهروكيميائية الحيوية: مراجعة". مجلة مصادر الطاقة . 275 : 243-260 . Bibcode : 2015JPS...275..243L . doi : 10.1016/j.jpowsour.2014.10.168 .
  15. ↑ أوه، س.؛ لوغان، ب. إي. (2005). "إنتاج الهيدروجين والكهرباء من مياه الصرف الصحي الناتجة عن معالجة الأغذية باستخدام تقنيات التخمير وخلايا الوقود الميكروبية". أبحاث المياه . 39 (19): 4673-4682 . Bibcode : 2005WatRe..39.4673O . doi : 10.1016/j.watres.2005.09.019 . PMID 16289673 . 
  16. ^ فيليبون، تيموثي. تيان، جيانغهاو؛ المكتب، كريستيل؛ شومونت، سيدريك. ميدوكس، سيدريك؛ تورنيبيز، جوليان؛ بوشيز، تيودور؛ باريير ، فريديريك (2021-08-01). "تظهر الكاثودات الحيوية لإزالة النتروجين التي تم تطويرها من رواسب الأراضي الرطبة المشيدة أغشية حيوية تقلل من النترات الكهربية تهيمن عليها أجناس Azoarcus و Pontibacter" . الكيمياء الحيوية . 140 107819. دوى : 10.1016/j.bioelechem.2021.107819 . ردمك 1567-5394 . بميد 33894567 . S2CID 233390050 .   {{cite journal}}له |last3=اسم عام ( مساعدة )
  17. ↑ بوس، نارسيس؛ كوخ، كريستين؛ كولبريم، خيسوس؛ بويغ، سيباستيا؛ هارنيش، فالك (2014-12-01). "نقل الإلكترون خارج الخلية في الكاثودات الحيوية: الكشف عن إمكانيات اختزال النترات والنتريت بواسطة الميكروبيومات المزيلة للنترات التي تهيمن عليها بكتيريا ثيوباسيلوس" . اتصالات الكيمياء الكهربائية . 49 : 93-97 . Bibcode : 2014EleCo..49...93P . doi : 10.1016/j.elecom.2014.10.011 . hdl : 10256/10827 . ISSN 1388-2481 . 
  18. ↑ سوبهاس سي موخوبادياي؛ جو-إير جيانغ (2013). "تطبيق خلايا الوقود الميكروبية لتشغيل شبكات الاستشعار من أجل الرصد البيئي". شبكات الاستشعار اللاسلكية والرصد البيئي . أجهزة الاستشعار الذكية والقياس والأجهزة. المجلد 3. سبرينغر لينك. الصفحات 151-178 . doi : 10.1007/978-3-642-36365-8_6 . ISBN   978-3-642-36365-8.
  19. ↑ وانغ، فيكتور بوتشوان؛ تشوا، سونغ لين؛ كاي، تشاو؛ سيفاكومار، كريشناكومار؛ تشانغ، كيتشون؛ كيلبيرغ، ستافان؛ كاو، بين؛ لو، ساي تشاي يواكيم؛ يانغ، ليانغ (2014). "مجموعة ميكروبية متآزرة مستقرة لإزالة صبغة الآزو وتوليد الطاقة الحيوية في آن واحد". تكنولوجيا الموارد الحيوية . 155 : 71-76 . Bibcode : 2014BiTec.155...71W . doi : 10.1016/j.biortech.2013.12.078 . PMID 24434696 . 
  20. ↑ وانغ، فيكتور بوتشوان؛ تشوا، سونغ لين؛ كاو، بين؛ سيفيور، توماس؛ نيساتي، فيكتور جيه؛ مارسيلي، إنريكو؛ كيلبيرغ، ستافان؛ جيفسكوف، مايكل؛ تولكر-نيلسن، تيم؛ سونغ، هاو؛ لو، يواكيم ساي تشاي؛ يانغ، ليانغ (2013). "هندسة مسار التخليق الحيوي لـ PQS لتعزيز إنتاج الطاقة الحيوية في خلايا الوقود الميكروبية لبكتيريا الزائفة الزنجارية" . PLOS ONE . 8 (5) e63129. Bibcode : 2013PLoSO...863129W . doi : 10.1371/journal.pone.0063129 . PMC 3659106. PMID 23700414 .  
  21. ↑ "حديقة حيوان لندن تجرّب أول صورة سيلفي لنبات في العالم" . جمعية علم الحيوان في لندن (ZSL) .
  22. ↑ فينكاتا موهان، إس؛ موهاناكريشنا، جي؛ سريكانث، إس؛ سارما، بي إن (2008). "تسخير الطاقة الحيوية في خلية وقود ميكروبية (MFC) باستخدام مهبط مهوى من خلال المعالجة اللاهوائية لمياه الصرف الكيميائي باستخدام تجمعات مختلطة منتجة للهيدروجين مُخصبة بشكل انتقائي". مجلة الوقود . 87 (12): 2667-2676 . رمز Bibcode : 2008Fuel...87.2667V . doi : 10.1016/j.fuel.2008.03.002 .
  23. ↑ فينكاتا موهان، إس؛ موهاناكريشنا، جي؛ ريدي، بي؛ بوروشوثام؛ سارافانان، آر؛ سارما، بي إن (2008). "توليد الطاقة الحيوية من معالجة مياه الصرف الصحي الكيميائية في خلية وقود ميكروبية (أنود) بدون وسيط باستخدام مزرعة مختلطة منتجة للهيدروجين مُخصبة انتقائيًا في بيئة دقيقة حمضية". مجلة الهندسة الكيميائية الحيوية . 39 (1): 121-130 . Bibcode : 2008BioEJ..39..121V . doi : 10.1016/j.bej.2007.08.023 .
  24. ↑ موهان، إس. فينكاتا؛ فير راغافولو، إس.؛ سريكانث، إس.؛ سارما، بي. إن. (25 يونيو 2007). "إنتاج الطاقة الحيوية بواسطة خلية وقود ميكروبية بدون وسيط في ظروف حمضية باستخدام مياه الصرف الصحي كركيزة: تأثير معدل تحميل الركيزة". مجلة العلوم الحالية . 92 (12): 1720-1726 . JSTOR 24107621 . 
  25. ↑ فينكاتا موهان، إس؛ سارافانان، آر؛ راغافولو، إس. فير؛ موهاناكريشنا، جي؛ سارما، بي إن (2008). "إنتاج الطاقة الحيوية من معالجة مياه الصرف الصحي في خلية وقود ميكروبية ثنائية الحجرات باستخدام ميكروبات مختلطة مُخصبة انتقائيًا: تأثير الكاثوليت". تكنولوجيا الموارد الحيوية . 99 (3): 596-603 . Bibcode : 2008BiTec..99..596V . doi : 10.1016/j.biortech.2006.12.026 . PMID 17321135 . 
  26. ↑ فينكاتا موهان، إس؛ فير راغافولو، إس؛ سارما، بي إن (2008). "التقييم البيوكيميائي لعملية إنتاج الطاقة الحيوية من معالجة مياه الصرف الصحي اللاهوائية في خلية وقود ميكروبية أحادية الحجرة (MFC) باستخدام غشاء من الصوف الزجاجي". أجهزة الاستشعار الحيوية والإلكترونيات الحيوية . 23 (9): 1326-1332 . Bibcode : 2008BioBi..23.1326V . doi : 10.1016/j.bios.2007.11.016 . PMID 18248978 . 
  27. ↑ فينكاتا موهان، إس؛ فير راغافولو، إس؛ سارما، بي إن (2008). "تأثير نمو الغشاء الحيوي الأنودي على إنتاج الطاقة الحيوية في خلية وقود ميكروبية أحادية الحجرة بدون وسيط باستخدام تجمعات لاهوائية مختلطة". أجهزة الاستشعار الحيوية والإلكترونيات الحيوية . 24 (1): 41-47 . Bibcode : 2008BioBi..24...41V . doi : 10.1016/j.bios.2008.03.010 . PMID 18440217 . 
  28. ↑ تشوي، ي.؛ جونغ، س.؛ كيم، س. (2000). "تطوير خلايا الوقود الميكروبية باستخدام بروتيوس فولغاريس". نشرة الجمعية الكيميائية الكورية. 21 (1): 44-48 .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  29. ↑ يو ولوثر، 1986
  30. ↑ تشين، ت.؛ بارتون، س. س.؛ بنيامين، ج.؛ غاو، ز.؛ تشانغ، ي.؛ كيم، هـ.-هـ.؛ هيلر، أ. (سبتمبر 2001). "خلية وقود حيوي مصغرة". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 123 (35): 8630-8631 . Bibcode : 2001JAChS.123.8630C . doi : 10.1021/ja0163164 . PMID 11525685 . 
  31. ↑ بولين، ر. أ.، أرنوت، ت. س.، ليكيمان، ج. ب.، والش، ف. س. (2006). "خلايا الوقود الحيوي وتطويرها" (ملف PDF) . أجهزة الاستشعار الحيوية والإلكترونيات الحيوية . 21 (11): 2015-2045 . doi : 10.1016/j.bios.2006.01.030 . PMID 16569499 . 
  32. ↑ مجلة إيوس، Waterstof uit het riool، يونيو 2008
  33. 1 2 مادوات. "مجموعة مادوات العلمية" . مادوات .
  34. ↑ "ISMET - الجمعية الدولية للكيمياء الكهربائية الميكروبية والتكنولوجيا" . 4 سبتمبر 2023.
  35. ↑ كيم، ب.هـ.؛ تشانغ، إ.س.؛ جيل، ج.س.؛ بارك، هـ.س.؛ كيم، هـ.ج. (أبريل 2003). "مستشعر جديد للطلب البيولوجي على الأكسجين (BOD) باستخدام خلية وقود ميكروبية بدون وسيط". رسائل التكنولوجيا الحيوية . 25 (7): 541-545 . doi : 10.1023/A:1022891231369 . PMID 12882142. S2CID 5980362 .  
  36. ↑ تشانغ، إن سيوب؛ مون، هيونسو؛ جانغ، جاي كيونغ؛ كيم، بيونغ هونغ (2005). "تحسين أداء خلية الوقود الميكروبية كمستشعر BOD باستخدام مثبطات التنفس". أجهزة الاستشعار الحيوية والإلكترونيات الحيوية . 20 (9): 1856-1859 . Bibcode : 2005BioBi..20.1856C . doi : 10.1016/j.bios.2004.06.003 . PMID 15681205 . 
  37. ↑ غونغ، ي.؛ راداشوفسكي، س. إ.؛ وولف، م.؛ نيلسن، م. إ.؛ جرجس، ب. ر .؛ ريمرز، س. إ. (2011). "خلية وقود ميكروبية قاعية كمصدر طاقة مباشر لمودم صوتي ونظام استشعار الأكسجين/درجة حرارة مياه البحر" . العلوم والتكنولوجيا البيئية . 45 (11): 5047-5053 . Bibcode : 2011EnST...45.5047G . doi : 10.1021/es104383q . PMID 21545151 . 
  38. ↑ بيفينجر، جيه سي، ليتل، بي، بيترون، جيه، راي، آر، رينجايزن، بي آر (2008). "خلايا الوقود الميكروبية الهوائية المصغرة". مراجعة مختبر الأبحاث البحرية : 141-142 .{{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  39. ↑ باستيرناك، غريغورز؛ غرينمان، جون؛ إيروبولوس، يوانيس (2017-06-01). "مستشعر حيوي ذاتي التشغيل ومستقل لقياس الطلب البيولوجي على الأكسجين لمراقبة جودة المياه عبر الإنترنت" . أجهزة الاستشعار والمحركات ب: الكيميائية . 244 : 815-822 . Bibcode : 2017SeAcB.244..815P . doi : 10.1016/j.snb.2017.01.019 . ISSN 0925-4005 . PMC 5362149. PMID 28579695 .   
  40. ^ هيجن، آنيميك تير؛ ليو، فاي؛ فايدن، ريناتا فان دير؛ ويجما، يناير؛ بوزمان، سيس JN؛ هاميلرز، هوبرتوس VM (2010). “استخلاص النحاس مع إنتاج الكهرباء في خلية الوقود الميكروبية”. العلوم البيئية والتكنولوجيا . 44 (11): 4376– 81. بيب كود : 2010EnST...44.4376H . دوى : 10.1021/es100526g . بميد 20462261 . 
  41. ↑ هايدريش، إي. إس؛ دولفينغ، جيه؛ سكوت، كيه؛ إدواردز، إس. آر؛ جونز، سي؛ كورتيس، تي. بي (2012). "إنتاج الهيدروجين من مياه الصرف الصحي المنزلية في خلية تحليل كهربائي ميكروبي تجريبية". علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والتكنولوجيا الحيوية . 97 (15): 6979-89 . doi : 10.1007/s00253-012-4456-7 . PMID 23053105. S2CID 15306503 .  
  42. ↑ تشانغ، فاي، هي، تشن، غي، تشنغ (2013). "استخدام خلايا الوقود الميكروبية لمعالجة الحمأة الخام والنفايات السائلة الأولية لتوليد الطاقة الحيوية". قسم الهندسة المدنية والميكانيكا؛ جامعة ويسكونسن - ميلووكي .{{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  43. ↑ ك. راباي وآخرون: خلايا الوقود الحيوي تنتقي التجمعات الميكروبية التي تتوسط نقل الإلكترون ذاتيًا. في: مجلة علم الأحياء الدقيقة التطبيقية والبيئية ، المجلد 70، العدد 9، 2004، ص 5373-5382.
  44. ↑ ديلاني، جي إم؛ بينيتو، إتش بي؛ ماسون، جيه آر؛ رولر، إس دي؛ ستيرلينغ، جيه إل؛ ثورستون، سي إف (2008). "اقتران نقل الإلكترون في خلايا الوقود الميكروبية. 2. أداء خلايا الوقود التي تحتوي على تركيبات مختارة من الكائنات الدقيقة والوسيط والركيزة". مجلة التكنولوجيا الكيميائية والتكنولوجيا الحيوية. التكنولوجيا الحيوية . 34 : 13-27 . doi : 10.1002/jctb.280340104 .
  45. ↑ ليثجو، أ.م.، روميرو، ل.، سانشيز، إ.س.، سوتو، ف.أ.، وفيغا، س.أ. (1986). اعتراض سلسلة نقل الإلكترون في البكتيريا بواسطة وسائط الأكسدة والاختزال المحبة للماء. مجلة البحوث الكيميائية، (ملحق): 178-179.
  46. ↑ كيم، ب.هـ؛ كيم، هـ.ج؛ هيون، م.س؛ بارك، د.هـ (1999أ). " التفاعل المباشر للأقطاب الكهربائية لبكتيريا اختزال الحديد (III)، شيوانيلا بوتريفاسينس" (ملف PDF) . مجلة علم الأحياء الدقيقة والتكنولوجيا الحيوية . 9 : 127-131 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2004-09-08.
  47. ↑ فام، سي إيه؛ جونغ، إس جيه؛ فونغ، إن تي؛ لي، جيه؛ تشانغ، آي إس؛ كيم، بي إتش؛ يي، إتش؛ تشون، جيه (2003). "بكتيريا جديدة نشطة كهروكيميائيًا ومختزلة للحديد الثلاثي، ذات صلة وراثية ببكتيريا Aeromonas hydrophila، معزولة من خلية وقود ميكروبية" . رسائل علم الأحياء الدقيقة FEMS . 223 (1): 129-134 . doi : 10.1016/S0378-1097(03)00354-9 . PMID 12799011 . 
  48. ↑ "أجهزة الحلاقة • plantpower.eu • 2021" . plantpower.eu . مؤرشف من الأصل في 10 مارس 2011.
  49. ↑ "التكنولوجيا البيئية" . جامعة فاغينينغين . 2012-06-06.
  50. ↑ ستريك، ديفيد بي بي تي بي؛ هاميلرز (بيرت)، إتش في إم؛ سنيل، جان إف إتش؛ بويسمان، سيس جيه إن (2008). "إنتاج الكهرباء الخضراء باستخدام النباتات الحية والبكتيريا في خلية وقود". المجلة الدولية لبحوث الطاقة . 32 (9): 870-876 . Bibcode : 2008IJER...32..870S . doi : 10.1002/er.1397 . S2CID 96849691 . 
  51. ↑ "مركز الإدارة المتقدمة للمياه" . مركز الإدارة المتقدمة للمياه .
  52. ↑ "DailyTech – إنتاج الهيدروجين الميكروبي يهدد بانقراض ديناصور الإيثانول" .
  53. ↑ نيفن كيلي ب.؛ وودارد تريفور ل.؛ فرانكس آشلي إي.؛ وآخرون . (مايو-يونيو 2010). "التخليق الكهربائي الميكروبي: تزويد الميكروبات بالكهرباء لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى مركبات عضوية متعددة الكربون خارج الخلية" . mBio . 1 ( 2): e00103–10. Bibcode : 2010mBio....103.10N . doi : 10.1128/mBio.00103-10 . PMC 2921159. PMID 20714445 .   
  54. ↑ شو، بوجون؛ جي، تشنغ؛ هي، تشن (2015). "خلايا الوقود الميكروبية للرواسب لمعالجة مياه الصرف الصحي: التحديات والفرص" . العلوم البيئية: أبحاث وتكنولوجيا المياه . 1 (3): 279-284 . doi : 10.1039/C5EW00020C . hdl : 10919/64969 .
  55. ↑ كلارك، هيلين (2 مارس 2015). "تنظيف مياه الصرف الصحي من عمليات النفط والغاز باستخدام بطارية تعمل بالطاقة الميكروبية". جيزماج.
  56. ↑ بوراس، إدوارد (8 أكتوبر 2020). "تقنيات جديدة لتحلية المياه الميكروبية جاهزة لدخول السوق" . مدونة مشاريع ليتات . تم الاطلاع عليه في 9 أكتوبر 2020 .
  57. ↑ إليزابيث، إلمي (2012). "توليد الكهرباء بطريقة الطبيعة"" مجلة SALT ' B' الإلكترونية . 1 .{{cite journal}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  58. ↑ ستريك، ديفيد بي بي تي بي؛ تيمرز، رود أ؛ هيلدر، مارجولين؛ شتاينبوش، كيرستن جيه جيه؛ هاميلرز، هوبرتوس في إم؛ بويسمان، سيس جيه إن (2011). "الخلايا الشمسية الميكروبية: تطبيق الكائنات الحية النشطة ضوئيًا وكيميائيًا كهربائيًا" . اتجاهات في التكنولوجيا الحيوية . 29 (1): 41-49 . doi : 10.1016/j.tibtech.2010.10.001 . PMID 21067833 . 
  59. ↑ بومبيلي، باولو؛ برادلي، روبرت و؛ سكوت، أماندا م؛ فيليبس، ألكسندر ج؛ ماكورميك، أليستير ج؛ كروز، سونيا م؛ أندرسون، ألكسندر؛ يونس، كامران؛ بيندال، ديريك س؛ كاميرون، بيترا ج؛ ديفيز، جوليا م؛ سميث، أليسون ج؛ هاو، كريستوفر ج؛ فيشر، أدريان س (2011). "تحليل كمي للعوامل التي تحد من تحويل الطاقة الشمسية بواسطة بكتيريا Synechocystis sp. PCC 6803 في الأجهزة الكهروضوئية البيولوجية". مجلة الطاقة والعلوم البيئية . 4 (11): 4690-4698 . Bibcode : 2011EnEnS...4.4690B . doi : 10.1039/c1ee02531g .
  60. ↑ "خلايا الوقود الميكروبية المصغرة" . مكتب نقل التكنولوجيا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 نوفمبر 2014 .
  61. ↑ بيفينجر، جاستن سي؛ راي، ريكي؛ ليتل، بريندا؛ رينجيسن، برادلي آر. (2007). "تنويع تصميم خلايا الوقود البيولوجية باستخدام المرشحات النانوية المسامية" . العلوم والتكنولوجيا البيئية . 41 (4): 1444-1449 . Bibcode : 2007EnST...41.1444B . doi : 10.1021/es061634u . PMID 17593755 . 
  62. ^ شبيبة ، أنثرو (5 يناير 2016). "الندوة 2" . مشاركة الشريحة .
  63. 1 2 باستيرناك، غريغورز؛ غرينمان، جون؛ إيروبولوس، يوانيس (2016). "دراسة شاملة حول الأغشية الخزفية لخلايا الوقود الميكروبية منخفضة التكلفة" . ChemSusChem . 9 ( 1): 88-96 . Bibcode : 2016ChSCh...9...88P . doi : 10.1002/cssc.201501320 . PMC 4744959. PMID 26692569 .  
  64. ↑ بيهيرا، ماناسوني؛ جانا، بارثا س؛ غانغريكار، م م (2010). "تقييم أداء خلية وقود ميكروبية منخفضة التكلفة مصنعة باستخدام وعاء فخاري مع مهبط حيوي وغير حيوي". تكنولوجيا الموارد الحيوية . 101 (4): 1183-1189 . Bibcode : 2010BiTec.101.1183B . doi : 10.1016/j.biortech.2009.07.089 . PMID 19800223 . 
  65. ↑ وينفيلد، جوناثان؛ غرينمان، جون؛ هوسون، ديفيد؛ إيروبولوس، يوانيس (2013). "مقارنة الفخار والطين المحروق من حيث الوظائف المتعددة في خلايا الوقود الميكروبية" . هندسة العمليات الحيوية والأنظمة الحيوية . 36 (12): 1913-1921 . Bibcode : 2013BBEng..36.1913W . doi : 10.1007/s00449-013-0967-6 . PMID 23728836. S2CID 206992845 .  
  66. ↑ بينيتو، إتش بي (1990). "توليد الكهرباء بواسطة الكائنات الدقيقة" (ملف PDF) . تعليم التكنولوجيا الحيوية . 1 (4): 163-168 .
  67. ↑ أيير، كارتيك س. (2020-01-18). "كيف يحدث انتقال الإلكترون في خلايا الوقود الميكروبية؟". المجلة العالمية لعلم الأحياء الدقيقة والتكنولوجيا الحيوية . 36 (2) 19. Bibcode : 2020WJMB...36...19A . doi : 10.1007/s11274-020-2801-z . ISSN 1573-0972 . PMID 31955250 .  
  68. ↑ تشنغ، كا يو؛ هو، غوين؛ كورد-رويش، رالف (2008). "تقارب الغشاء الحيوي لخلايا الوقود الميكروبية مع الجهد الأنودي". العلوم والتكنولوجيا البيئية . 42 (10): 3828-3834 . Bibcode : 2008EnST...42.3828C . doi : 10.1021/es8003969 . PMID 18546730 . 
  69. ↑ بينيتو، هـ. بيتر؛ ستيرلينغ، جون ل؛ تاناكا، كازوكو؛ فيغا، كارمن أ (1983). "التفاعلات الأنودية في خلايا الوقود الميكروبية". التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية . 25 (2): 559-68 . Bibcode : 1983BiotB..25..559B . doi : 10.1002/bit.260250219 . PMID 18548670. S2CID 33986929 .  
  70. ↑ رشيد، نعيم؛ كوي، يو-فينغ؛ سيف الرحمن، محمد؛ هان، جونغ-إن (2013). "تحسين توليد الكهرباء باستخدام الكتلة الحيوية للطحالب والحمأة المنشطة في خلية وقود ميكروبية". مجلة علوم البيئة الشاملة . 456-457 : 91-94 . Bibcode : 2013ScTEn.456...91R . doi : 10.1016/j.scitotenv.2013.03.067 . PMID 23584037 . 
  71. ↑ بانكيفا، أولوفيمي إيمانويل؛ أولاديجي، سيي جوليوس؛ أييلارا-أكاندي، سيمبيات أولوفونكي؛ لاسيسي، مودوبي مريم (يونيو 2021). "الخلاص الميكروبي للأيام العصيبة: تقييم عالمي للأمن الغذائي" . مجلة علوم وتكنولوجيا الأغذية . 58 (6): 2041-2053 . doi : 10.1007/ s13197-020-04725-7 . PMC 8076430. PMID 33967303 .  
  72. ↑ شابنجو، خايا؛ باكاري، باباتوندي؛ بوابوا، جوزيف (1 نوفمبر 2022). "خلايا الوقود الميكروبية للطاقة الكهربائية: نظرة مستقبلية على التوسع وإمكانيات التطبيق لشبكة الطاقة في جنوب إفريقيا" . الاستدامة . 14 (21) 14268. Bibcode : 2022Sust...1414268S . doi : 10.3390/su142114268 .
  73. ↑ تشوي، سيوكهيون (يوليو 2015). "خلايا الوقود الميكروبية على المستوى الميكروي: التطورات والتحديات". أجهزة الاستشعار الحيوية والإلكترونيات الحيوية . 69 : 8-25 . Bibcode : 2015BioBi..69....8C . doi : 10.1016/j.bios.2015.02.021 . PMID 25703724 . 
  74. ↑ هي، لي؛ دو، بنغ؛ تشن، ييتشونغ؛ لو، هونغوي؛ تشنغ، شي؛ تشانغ، باي؛ وانغ، تشنغ (مايو 2017). "تطورات في خلايا الوقود الميكروبية لمعالجة مياه الصرف الصحي". مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة . 71 : 388-403 . Bibcode : 2017RSERv..71..388H . doi : 10.1016/j.rser.2016.12.069 .
  • بوابة التكنولوجيا الحيوية/علوم الحياة (20 يناير 2006). "فكرة رائعة - خلايا وقود مكتفية ذاتيًا" . شركة بادن-فورتمبيرغ المحدودة. مؤرشف من الأصل بتاريخ 21 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 فبراير 2011 .
  • ليو هـ، تشنغ س، لوغان ب.إ. (2005). "إنتاج الكهرباء من الأسيتات أو البيوتيرات باستخدام خلية وقود ميكروبية أحادية الحجرة". مجلة العلوم والتكنولوجيا البيئية . 32 (2): 658-662 . Bibcode : 2005EnST...39..658L . doi : 10.1021/es048927c . PMID 15707069 . 
  • راباي، ك. وفيرستريت ، و. (2005). "خلايا الوقود الميكروبية: تقنية حيوية جديدة لتوليد الطاقة". مجلة تريندز في التكنولوجيا الحيوية ، 23 (6): 291-298 . doi : 10.1016/j.tibtech.2005.04.008 . PMID 15922081. S2CID 16637514 .  
  • يو بي إل ولوثر ك. (1986). الأكسدة الأنزيمية لمركبات الكربون الأحادي في خلية وقود كيميائية حيوية. مجلة الهندسة الكيميائية، 33ب، ص 69-77

للمزيد من القراءة