خلية الوقود الميكروبية

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

خلية الوقود الميكروبية ( MFC ) هي نوع من أنظمة خلايا الوقود الكيميائية الحيوية [1] والمعروفة أيضًا باسم خلية الوقود الدقيقة التي تولد تيارًا كهربائيًا عن طريق تحويل الإلكترونات الناتجة عن الأكسدة الميكروبية للمركبات المختزلة (المعروفة أيضًا باسم الوقود أو مانح الإلكترون ) على الأنود إلى مركبات مؤكسدة مثل الأكسجين (المعروف أيضًا باسم عامل الأكسدة أو متقبل الإلكترون ) على الكاثود من خلال دائرة كهربائية خارجية . تنتج خلايا الوقود الميكروبية الكهرباء باستخدام الإلكترونات المشتقة من التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحفزها البكتيريا. التكنولوجيا الحيوية الشاملة (الطبعة الثالثة) يمكن تصنيف خلايا الوقود الميكروبية إلى فئتين عامتين: بوساطة وغير بوساطة. استخدمت خلايا الوقود الميكروبية الأولى، التي تم عرضها في أوائل القرن العشرين، وسيطًا: مادة كيميائية تنقل الإلكترونات من البكتيريا الموجودة في الخلية إلى الأنود. ظهرت خلايا الوقود الميكروبية غير الوسيطة في السبعينيات؛ في هذا النوع من الخلايا الفلورية الدقيقة، تحتوي البكتيريا عادةً على بروتينات أكسدة-اختزال نشطة كهروكيميائيًا مثل السيتوكرومات على غشاءها الخارجي والتي يمكنها نقل الإلكترونات مباشرة إلى الأنود. [2] [3] في القرن الحادي والعشرين، بدأت الخلايا الفلورية الدقيقة في إيجاد استخدام تجاري في معالجة مياه الصرف الصحي. [4]

تاريخ

نشأت فكرة استخدام الميكروبات لإنتاج الكهرباء في أوائل القرن العشرين. بدأ مايكل كريس بوتر هذا الموضوع في عام 1911. [5] تمكن بوتر من توليد الكهرباء من خميرة Saccharomyces cerevisiae ، لكن العمل لم يحظ بتغطية كبيرة. في عام 1931، ابتكر بارنيت كوهين خلايا نصف وقود ميكروبية كانت قادرة عند توصيلها على التوالي على إنتاج أكثر من 35 فولت بتيار يبلغ 2 مللي أمبير فقط . [6]

استخدمت دراسة أجراها ديل دوكا وآخرون الهيدروجين الناتج عن تخمير الجلوكوز بواسطة Clostridium butyricum كمتفاعل عند القطب الموجب لخلية وقود الهيدروجين والهواء. وعلى الرغم من عمل الخلية، إلا أنها كانت غير موثوقة بسبب الطبيعة غير المستقرة لإنتاج الهيدروجين بواسطة الكائنات الحية الدقيقة. [7] تم حل هذه المشكلة بواسطة سوزوكي وآخرون في عام 1976، [8] الذين أنتج تصميمًا ناجحًا لخلية وقود الهيدروجين بعد عام واحد. [9]

في أواخر سبعينيات القرن العشرين، لم يكن هناك الكثير من الفهم حول كيفية عمل خلايا الوقود الميكروبية. وقد درس هذا المفهوم روبن إم. ألين، ثم هـ. بيتر بينيتو. ورأى الناس أن خلية الوقود هي طريقة محتملة لتوليد الكهرباء للدول النامية. وساعد عمل بينيتو، الذي بدأ في أوائل الثمانينيات، في بناء فهم لكيفية عمل خلايا الوقود، وكان ينظر إليه من قبل العديد من [ من؟ ] باعتباره صاحب السلطة الأولى في هذا الموضوع.

في مايو 2007، أكملت جامعة كوينزلاند في أستراليا نموذجًا أوليًا لـ MFC كجهد تعاوني مع Foster's Brewing . قام النموذج الأولي، بتصميم 10 لتر، بتحويل مياه الصرف الصحي في مصانع الجعة إلى ثاني أكسيد الكربون ومياه نظيفة وكهرباء. كانت لدى المجموعة خطط لإنشاء نموذج تجريبي لمؤتمر الطاقة الحيوية الدولي القادم. [10]

تعريف

خلية الوقود الميكروبية (MFC) هي جهاز يحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية عن طريق عمل الكائنات الحية الدقيقة . [11] يتم إنشاء هذه الخلايا الكهروكيميائية باستخدام إما أنود حيوي و / أو كاثود حيوي. تحتوي معظم خلايا الوقود الميكروبية على غشاء لفصل مقصورات الأنود (حيث يحدث الأكسدة) والكاثود (حيث يحدث الاختزال). يتم نقل الإلكترونات الناتجة أثناء الأكسدة مباشرة إلى قطب كهربائي أو إلى نوع وسيط الأكسدة والاختزال . يتم نقل تدفق الإلكترون إلى الكاثود. يتم الحفاظ على توازن الشحنة للنظام من خلال الحركة الأيونية داخل الخلية، وعادةً عبر غشاء أيوني. تستخدم معظم خلايا الوقود الميكروبية مانحًا عضويًا للإلكترون مؤكسدًا لإنتاج CO 2 والبروتونات والإلكترونات. تم الإبلاغ عن مانحين آخرين للإلكترون، مثل مركبات الكبريت أو الهيدروجين. [12] يستخدم تفاعل الكاثود مجموعة متنوعة من مستقبلات الإلكترون، وغالبًا ما يكون الأكسجين (O 2 ). تتضمن المستقبلات الإلكترونية الأخرى التي تمت دراستها استعادة المعدن عن طريق الاختزال، [13] وتحويل الماء إلى هيدروجين، [14] واختزال النترات، [15] [16] واختزال الكبريتات.

التطبيقات

توليد الطاقة

تعتبر خلايا الوقود الميكروبية جذابة لتطبيقات توليد الطاقة التي تتطلب طاقة منخفضة فقط، ولكن حيث قد يكون استبدال البطاريات غير عملي، مثل شبكات الاستشعار اللاسلكية. [17] [18] [19] يمكن بعد ذلك استخدام أجهزة الاستشعار اللاسلكية التي تعمل بخلايا الوقود الميكروبية على سبيل المثال للمراقبة عن بعد (الحفظ). [20]

يمكن استخدام أي مادة عضوية تقريبًا لتغذية خلية الوقود، بما في ذلك ربط الخلايا بمحطات معالجة مياه الصرف الصحي . تم استخدام مياه الصرف الصحي الناتجة عن العمليات الكيميائية [21] [22] ومياه الصرف الصحي الاصطناعية [23] [24] لإنتاج الكهرباء الحيوية في خلايا الوقود ثنائية الغرفة وأقطاب الجرافيت غير المطلية.

لوحظ إنتاج طاقة أعلى باستخدام أنود الجرافيت المغطى بالأغشية الحيوية . [25] [26] انبعاثات خلايا الوقود أقل بكثير من الحدود التنظيمية. [27] تحول خلايا الوقود الهيدروجينية الطاقة بكفاءة أكبر من محركات الاحتراق الداخلي القياسية ، والتي تقتصر على كفاءة كارنو . من الناحية النظرية، تكون خلايا الوقود الهيدروجينية قادرة على كفاءة الطاقة بما يتجاوز 50٪. [28] أنتجت روزندال الهيدروجين بمدخلات طاقة أقل بثمانية أضعاف من تقنيات إنتاج الهيدروجين التقليدية.

علاوة على ذلك، يمكن لخلايا الوقود النانوية أن تعمل أيضًا على نطاق أصغر. في بعض الحالات، لا يلزم أن يكون سمك الأقطاب الكهربائية أكثر من 7 ميكرومتر وطولها 2 سم، [29] بحيث يمكن لخلايا الوقود النانوية أن تحل محل البطارية. فهي توفر شكلًا متجددًا من الطاقة ولا تحتاج إلى إعادة شحنها.

تعمل خلايا الوقود النانوية بشكل جيد في ظروف معتدلة تتراوح من 20 درجة مئوية إلى 40 درجة مئوية وعند درجة حموضة تبلغ حوالي 7 [30] ولكنها تفتقر إلى الاستقرار المطلوب للتطبيقات الطبية طويلة الأمد مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب .

يمكن أن تعتمد محطات الطاقة على النباتات المائية مثل الطحالب. إذا تم وضعها بجوار نظام طاقة موجود، فيمكن لنظام MFC مشاركة خطوط الكهرباء الخاصة به. [31]

تعليم

تعمل خلايا الوقود الميكروبية القائمة على التربة كأدوات تعليمية، حيث أنها تشمل تخصصات علمية متعددة (علم الأحياء الدقيقة، والكيمياء الجيولوجية، والهندسة الكهربائية، وما إلى ذلك) ويمكن تصنيعها باستخدام مواد متوفرة بشكل شائع، مثل التربة والعناصر الموجودة في الثلاجة. تتوفر مجموعات لمشاريع العلوم المنزلية والفصول الدراسية. [32] أحد الأمثلة على خلايا الوقود الميكروبية المستخدمة في الفصل الدراسي هو في منهج IBET (علم الأحياء المتكامل واللغة الإنجليزية والتكنولوجيا) لمدرسة توماس جيفرسون الثانوية للعلوم والتكنولوجيا . تتوفر أيضًا العديد من مقاطع الفيديو والمقالات التعليمية على موقع الجمعية الدولية للكيمياء الكهربائية والتكنولوجيا الميكروبية (ISMET Society) " [33] ".

جهاز استشعار حيوي

إن التيار الناتج عن خلية الوقود الميكروبية يتناسب بشكل مباشر مع محتوى المادة العضوية في مياه الصرف الصحي المستخدمة كوقود. يمكن لخلايا الوقود الميكروبية قياس تركيز المواد المذابة في مياه الصرف الصحي (أي كجهاز استشعار بيولوجي ). [34]

يتم تقييم مياه الصرف الصحي بشكل عام من خلال قيم الطلب الكيميائي الحيوي للأكسجين (BOD). [ التوضيح مطلوب ] يتم تحديد قيم الطلب الكيميائي الحيوي للأكسجين عن طريق احتضان العينات لمدة 5 أيام مع مصدر مناسب للميكروبات، وعادة ما تكون الحمأة المنشطة التي يتم جمعها من محطات مياه الصرف الصحي.

يمكن لمستشعر BOD من نوع MFC توفير قيم BOD في الوقت الفعلي. الأكسجين والنيترات هما مستقبلات الإلكترون المفضلة المتداخلة على الأنود، مما يقلل من توليد التيار من MFC. لذلك، تقلل مستشعرات BOD من نوع MFC من قيم BOD في وجود هذه المستقبلات الإلكترونية. يمكن تجنب ذلك عن طريق تثبيط التنفس الهوائي والنيترات في MFC باستخدام مثبطات الأوكسيديز الطرفية مثل السيانيد والأزيد . [ 35 ] تتوفر مستشعرات BOD هذه تجاريًا.

تدرس البحرية الأمريكية استخدام خلايا الوقود الميكروبية في أجهزة الاستشعار البيئية. ويمكن أن يوفر استخدام خلايا الوقود الميكروبية لتشغيل أجهزة الاستشعار البيئية الطاقة لفترات أطول وتمكين جمع واسترجاع البيانات تحت سطح البحر دون الحاجة إلى بنية تحتية سلكية. والطاقة التي تولدها خلايا الوقود هذه كافية لدعم أجهزة الاستشعار بعد وقت بدء التشغيل الأولي. [36] ونظرًا للظروف تحت سطح البحر (تركيزات عالية من الملح ودرجات حرارة متقلبة وإمدادات محدودة من المغذيات)، فقد تنشر البحرية خلايا الوقود الميكروبية بمزيج من الكائنات الحية الدقيقة المقاومة للملح والتي من شأنها أن تسمح باستخدام أكثر اكتمالاً للمغذيات المتاحة. Shewanella oneidensis هو المرشح الأساسي، ولكن قد يتم أيضًا تضمين أنواع أخرى من Shewanella المقاومة للحرارة والبرودة . [37]

تم تطوير أول جهاز استشعار بيولوجي ذاتي التشغيل ومستقل لقياس الطلب البيوكيميائي للأكسجين/الطلب الكيميائي للأكسجين، وهو يتيح اكتشاف الملوثات العضوية في المياه العذبة. يعتمد المستشعر فقط على الطاقة التي تنتجها خلايا الوقود المولدة للأكسجين ويعمل بشكل مستمر دون صيانة. يقوم بتشغيل الإنذار لإعلامك بمستوى التلوث: حيث يحذر التردد المتزايد للإشارة من ارتفاع مستوى التلوث، بينما يشير التردد المنخفض إلى انخفاض مستوى التلوث. [38]

الاستعادة الحيوية

في عام 2010، قام A. ter Heijne وآخرون [39] ببناء جهاز قادر على إنتاج الكهرباء واختزال أيونات Cu 2+ إلى معدن النحاس.

لقد ثبت أن خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية تنتج الهيدروجين. [40]

معالجة مياه الصرف الصحي

تُستخدم خلايا الوقود الحيوي في معالجة المياه لحصاد الطاقة باستخدام الهضم اللاهوائي . ويمكن أن تقلل هذه العملية أيضًا من مسببات الأمراض. ومع ذلك، فإنها تتطلب درجات حرارة أعلى من 30 درجة مئوية وتتطلب خطوة إضافية لتحويل الغاز الحيوي إلى كهرباء. يمكن استخدام الفواصل الحلزونية لزيادة توليد الكهرباء عن طريق إنشاء تدفق حلزوني في خلايا الوقود الحيوي. يعد توسيع خلايا الوقود الحيوي تحديًا بسبب تحديات خرج الطاقة لمساحة سطح أكبر. [41]

أنواع

بوساطة

معظم الخلايا الميكروبية غير نشطة كهروكيميائيًا. يتم تسهيل نقل الإلكترون من الخلايا الميكروبية إلى القطب بواسطة وسطاء مثل الثيونين والبيوسيانين [42] وميثيل فيولوجين والأزرق الميثيل وحمض الهيوميك والأحمر المحايد . [43] [44] معظم الوسطاء المتاحين باهظ الثمن وسامة .

بدون وسيط

خلية الوقود الميكروبية النباتية (PMFC)

تستخدم خلايا الوقود الميكروبية الخالية من الوسطاء بكتيريا نشطة كهروكيميائيًا مثل Shewanella putrefaciens [45] و Aeromonas hydrophila [46] لنقل الإلكترونات مباشرة من إنزيم الجهاز التنفسي البكتيري إلى القطب الكهربي. بعض البكتيريا قادرة على نقل إنتاجها من الإلكترونات عبر الأهداب على غشاءها الخارجي. خلايا الوقود الميكروبية الخالية من الوسطاء أقل تميزًا، مثل سلالة البكتيريا المستخدمة في النظام ونوع غشاء التبادل الأيوني وظروف النظام (درجة الحرارة، درجة الحموضة، إلخ.)

يمكن لخلايا الوقود الميكروبية الخالية من الوسطاء أن تعمل على مياه الصرف الصحي وتستمد الطاقة مباشرة من بعض النباتات والأكسجين . يُعرف هذا التكوين بخلية الوقود الميكروبية النباتية. تشمل النباتات المحتملة عشبة القصب الحلوة ، وعشب الحبل ، والأرز، والطماطم، والترمس ، والطحالب . [47] [ 48] [49] ونظرًا لأن الطاقة يتم الحصول عليها باستخدام النباتات الحية ( إنتاج الطاقة في الموقع )، فإن هذا البديل يمكن أن يوفر مزايا بيئية.

التحليل الكهربائي الميكروبي

أحد أشكال الخلايا الكهربية متعددة الوسطاء هو الخلية الكهربية الميكروبية (MEC). في حين تنتج الخلايا الكهربية متعددة الوسطاء تيارًا كهربائيًا عن طريق التحلل البكتيري للمركبات العضوية في الماء، فإن الخلايا الكهربية متعددة الوسطاء تعكس العملية جزئيًا لتوليد الهيدروجين أو الميثان عن طريق تطبيق جهد كهربائي على البكتيريا. يكمل هذا الجهد الناتج عن التحلل الميكروبي للمواد العضوية، مما يؤدي إلى التحليل الكهربائي للماء أو إنتاج الميثان. [50] [51] يوجد عكس كامل لمبدأ الخلية الكهربية متعددة الوسطاء في التخليق الكهربائي الميكروبي ، حيث يتم تقليل ثاني أكسيد الكربون بواسطة البكتيريا باستخدام تيار كهربائي خارجي لتكوين مركبات عضوية متعددة الكربون. [52]

على أساس التربة

MFC القائم على التربة

تلتزم خلايا الوقود الميكروبية القائمة على التربة بالمبادئ الأساسية لخلايا الوقود الميكروبية، حيث تعمل التربة كوسيط أنودي غني بالمغذيات، وعينة التطعيم وغشاء تبادل البروتون (PEM). يتم وضع الأنود على عمق معين داخل التربة، بينما يستقر الكاثود فوق التربة ويتعرض للهواء.

تعج التربة بشكل طبيعي بالميكروبات المتنوعة ، بما في ذلك البكتيريا الكهروكيميائية اللازمة لخلايا الوقود الهيدروجيني، وهي مليئة بالسكريات المعقدة والعناصر الغذائية الأخرى التي تراكمت من تحلل المواد النباتية والحيوانية. علاوة على ذلك، تعمل الميكروبات الهوائية (المستهلكة للأكسجين) الموجودة في التربة كمرشح للأكسجين، تمامًا مثل مواد PEM باهظة الثمن المستخدمة في أنظمة خلايا الوقود الهيدروجيني المختبرية، والتي تتسبب في انخفاض إمكانات الأكسدة والاختزال للتربة مع زيادة العمق. أصبحت خلايا الوقود الهيدروجيني القائمة على التربة أدوات تعليمية شائعة في الفصول الدراسية العلمية. [32]

تم استخدام خلايا الوقود الميكروبية للرواسب (SMFCs) لمعالجة مياه الصرف الصحي . يمكن لخلايا الوقود الميكروبية للرواسب البسيطة توليد الطاقة أثناء تطهير مياه الصرف الصحي . تحتوي معظم خلايا الوقود الميكروبية للرواسب على نباتات لمحاكاة الأراضي الرطبة المصنّعة. بحلول عام 2015، وصلت اختبارات خلايا الوقود الميكروبية للرواسب إلى أكثر من 150 لترًا. [53]

في عام 2015 أعلن الباحثون عن تطبيق SMFC الذي يستخرج الطاقة ويشحن البطارية . تتفكك الأملاح إلى أيونات مشحونة إيجابيا وسلبيا في الماء وتتحرك وتلتصق بالأقطاب السالبة والموجبة، مما يشحن البطارية ويجعل من الممكن إزالة الملح المؤثر على تحلية المياه بالسعة الميكروبية . تنتج الميكروبات طاقة أكثر مما هو مطلوب لعملية تحلية المياه. [54] في عام 2020، حقق مشروع بحثي أوروبي معالجة مياه البحر وتحويلها إلى مياه عذبة للاستهلاك البشري باستهلاك طاقة يبلغ حوالي 0.5 كيلو وات في الساعة / م 3، وهو ما يمثل انخفاضًا بنسبة 85٪ في استهلاك الطاقة الحالي فيما يتعلق بأحدث تقنيات تحلية المياه. علاوة على ذلك، تعمل العملية البيولوجية التي يتم الحصول على الطاقة منها على تنقية المياه المتبقية في نفس الوقت لتصريفها في البيئة أو إعادة استخدامها في الاستخدامات الزراعية / الصناعية. وقد تم تحقيق ذلك في مركز ابتكار تحلية المياه الذي افتتحته شركة Aqualia في دينيا بإسبانيا في أوائل عام 2020. [55]

غشاء حيوي ضوئي

تستخدم الخلايا الغشائية الحيوية الضوئية (ner) قطبًا غشائيًا حيويًا ضوئيًا يحتوي على كائنات دقيقة تقوم بعملية التمثيل الضوئي مثل الكلوروفيتا والكانديانوفيتا . وهي تقوم بعملية التمثيل الضوئي وبالتالي تنتج مستقلبات عضوية وتتبرع بالإلكترونات. [56]

وجدت إحدى الدراسات أن خلايا PBMFCs تعرض كثافة طاقة كافية للتطبيقات العملية. [57]

الفئة الفرعية من الخلايا الكهروضوئية الضوئية التي تستخدم مادة التمثيل الضوئي الأكسجينية البحتة عند الأنود تسمى أحيانًا بالأنظمة الكهروضوئية البيولوجية . [58]

غشاء نانوي

طور مختبر أبحاث البحرية الأمريكية خلايا وقود ميكروبية بغشاء نانوي مسامي تستخدم غشاء غير PEM لتوليد انتشار سلبي داخل الخلية. [59] الغشاء عبارة عن مرشح بوليمر غير مسامي ( نايلون أو سليلوز أو بولي كربونات ). إنه يوفر كثافات طاقة مماثلة لـ Nafion (PEM معروف) مع متانة أكبر. تسمح الأغشية المسامية بالانتشار السلبي وبالتالي تقليل الطاقة اللازمة المزودة لـ MFC من أجل الحفاظ على PEM نشطًا وزيادة إجمالي ناتج الطاقة. [60]

يمكن لخلايا الوقود النانوية التي لا تستخدم غشاءً أن تنشر البكتيريا اللاهوائية في البيئات الهوائية. ومع ذلك، تتعرض خلايا الوقود النانوية التي لا تحتوي على غشاء لتلوث الكاثود بالبكتيريا الأصلية والميكروب الذي يزود الطاقة. يمكن للانتشار السلبي الجديد للأغشية النانوية أن يحقق فوائد خلايا الوقود النانوية التي لا تحتوي على غشاء دون القلق من تلوث الكاثود. كما أن الأغشية النانوية أرخص بنحو 11 مرة من نافيون (نافيون-117، 0.22 دولار/سم 2 مقابل البولي كربونات، <0.02 دولار/سم 2 ). [61]

غشاء سيراميكي

يمكن استبدال أغشية PEM بمواد سيراميكية. يمكن أن تصل تكاليف الأغشية السيراميكية إلى 5.66 دولارًا أمريكيًا/م 2. يسمح الهيكل المسامي الكبير للأغشية السيراميكية بنقل الأنواع الأيونية بشكل جيد. [62]

المواد التي تم استخدامها بنجاح في MFCs الخزفية هي الفخار ، والألومينا ، والموليت ، والبيروفيلليت ، والطين الحراري . [62] [63] [64]

عملية التوليد

عندما تستهلك الكائنات الحية الدقيقة مادة مثل السكر في ظروف هوائية، فإنها تنتج ثاني أكسيد الكربون والماء . ومع ذلك، عندما لا يكون الأكسجين موجودًا، فقد تنتج ثاني أكسيد الكربون والهيدرونات ( أيونات الهيدروجين ) والإلكترونات ، كما هو موضح أدناه للسكروز : [ 65]

C 12 H 22 O 11 + 13H 2 O → 12CO 2 + 48H ++ 48e − ( معادلة 1 )

تستخدم خلايا الوقود الميكروبية وسطاء غير عضويين للوصول إلى سلسلة نقل الإلكترونات في الخلايا وتوجيه الإلكترونات المنتجة. يعبر الوسيط الأغشية الدهنية الخارجية للخلايا والغشاء الخارجي للبكتيريا ؛ ثم يبدأ في تحرير الإلكترونات من سلسلة نقل الإلكترونات التي عادة ما يتم التقاطها بواسطة الأكسجين أو غيره من الوسطاء.

يخرج الوسيط المختزل الآن من الخلية محملاً بالإلكترونات التي ينقلها إلى قطب كهربائي؛ ويصبح هذا القطب الكهربائي هو الأنود. ويؤدي إطلاق الإلكترونات إلى إعادة تدوير الوسيط إلى حالته المؤكسدة الأصلية، جاهزًا لتكرار العملية. ولا يمكن أن يحدث هذا إلا في ظل ظروف لا هوائية ؛ فإذا كان الأكسجين موجودًا، فسوف يجمع الإلكترونات، لأنه يمتلك المزيد من الطاقة الحرة لإطلاقها .

يمكن لبعض البكتيريا أن تتجنب استخدام الوسطاء غير العضويين من خلال الاستفادة من مسارات نقل الإلكترون الخاصة المعروفة باسم نقل الإلكترون خارج الخلية (EET). تسمح مسارات نقل الإلكترون خارج الخلية للميكروب باختزال المركبات مباشرة خارج الخلية، ويمكن استخدامها لتمكين الاتصال الكهروكيميائي المباشر مع الأنود. [66]

في عملية MFC، يكون الأنود هو المستقبل الطرفي للإلكترون الذي تتعرف عليه البكتيريا في الغرفة الأنودية. لذلك، يعتمد النشاط الميكروبي بشكل كبير على جهد الأكسدة والاختزال للأنود. تم الحصول على منحنى مايكلز-مينتن بين الجهد الأنودى وناتج الطاقة لـ MFC مدفوع بالأسيتات . يبدو أن الجهد الأنودى الحرج يوفر أقصى خرج للطاقة. [67]

تشمل الوسطاء المحتملين اللون الأحمر الطبيعي، والأزرق الميثيلين، والثيونين، والريزوروفين. [68]

تُسمى الكائنات الحية القادرة على إنتاج تيار كهربائي بالمولدات الكهربائية الخارجية . ولتحويل هذا التيار إلى كهرباء قابلة للاستخدام، يجب استيعاب المولدات الكهربائية الخارجية في خلية وقود.

يتم خلط الوسيط مع كائن حي دقيق مثل الخميرة في محلول يضاف إليه ركيزة مثل الجلوكوز . يوضع هذا الخليط في حجرة محكمة الغلق لمنع دخول الأكسجين، مما يجبر الكائن الحي الدقيق على التنفس اللاهوائي . يوضع قطب كهربائي في المحلول ليعمل كأنود.

في الغرفة الثانية من خلية الوقود الحيوي يوجد محلول آخر وكاثود مشحون إيجابيا. وهو يعادل حوض الأكسجين في نهاية سلسلة نقل الإلكترون، خارج الخلية البيولوجية. المحلول عبارة عن عامل مؤكسد يلتقط الإلكترونات عند الكاثود. وكما هو الحال مع سلسلة الإلكترونات في خلية الخميرة، يمكن أن يكون هذا مجموعة متنوعة من الجزيئات مثل الأكسجين، على الرغم من أن الخيار الأكثر ملاءمة هو عامل مؤكسد صلب، والذي يتطلب حجمًا أقل.

يتم توصيل القطبين بواسطة سلك (أو أي مسار موصل كهربائيًا آخر). ويتم استكمال الدائرة وتوصيل الغرفتين بواسطة جسر ملحي أو غشاء تبادل أيوني. تسمح هذه الميزة الأخيرة للبروتونات الناتجة، كما هو موضح في المعادلة 1 ، بالمرور من غرفة الأنود إلى غرفة الكاثود.

يحمل الوسيط المختزل الإلكترونات من الخلية إلى القطب الكهربي. وهنا يتأكسد الوسيط أثناء ترسيبه للإلكترونات. ثم تتدفق هذه الإلكترونات عبر السلك إلى القطب الكهربي الثاني، الذي يعمل كمصرف للإلكترونات. ومن هنا تنتقل إلى مادة مؤكسدة. كما تنتقل أيونات الهيدروجين/البروتونات من الأنود إلى الكاثود عبر غشاء تبادل البروتونات مثل نافيون . وسوف تنتقل عبر تدرج التركيز المنخفض وتتحد مع الأكسجين ولكن للقيام بذلك فإنها تحتاج إلى إلكترون. وهذا يولد التيار ويستخدم الهيدروجين للحفاظ على تدرج التركيز.

لقد لوحظ أن الكتلة الحيوية للطحالب تعطي طاقة عالية عند استخدامها كركيزة في خلية الوقود الميكروبية. [69]

التطبيقات في معالجة البيئة

ظهرت خلايا الوقود الميكروبية كأدوات واعدة لإصلاح البيئة بسبب قدرتها الفريدة على الاستفادة من الأنشطة الأيضية للكائنات الحية الدقيقة لتوليد الكهرباء وتحلل الملوثات. [70] تجد خلايا الوقود الميكروبية تطبيقات في سياقات متنوعة في إصلاح البيئة. أحد التطبيقات الأساسية هو في الإصلاح البيولوجي، حيث تشارك الكائنات الحية الدقيقة النشطة كهربائيًا على أنود خلايا الوقود الميكروبية بنشاط في تحلل الملوثات العضوية، مما يوفر طريقة مستدامة وفعالة لإزالة الملوثات. علاوة على ذلك، تلعب خلايا الوقود الميكروبية دورًا مهمًا في معالجة مياه الصرف الصحي من خلال توليد الكهرباء في وقت واحد وتحسين جودة المياه من خلال التحلل الميكروبي للملوثات. يمكن نشر خلايا الوقود هذه في الموقع، مما يسمح بالإصلاح المستمر والمستقل في المواقع الملوثة. علاوة على ذلك، تمتد تنوعها إلى خلايا الوقود الميكروبية للرواسب (SMFCs)، القادرة على إزالة المعادن الثقيلة والمواد المغذية من الرواسب. [71] من خلال دمج خلايا الوقود الميكروبية مع أجهزة الاستشعار، فإنها تمكن من مراقبة البيئة عن بعد في المواقع الصعبة. تسلط تطبيقات خلايا الوقود الميكروبية في معالجة البيئة الضوء على إمكاناتها في تحويل الملوثات إلى مصدر للطاقة المتجددة مع المساهمة بشكل فعال في استعادة النظم البيئية والحفاظ عليها.

التحديات والتقدم

تقدم خلايا الوقود الميكروبية إمكانات كبيرة كتقنيات مستدامة ومبتكرة، لكنها ليست خالية من التحديات. تكمن إحدى العقبات الرئيسية في تحسين أداء خلايا الوقود الميكروبية، والتي تظل مهمة معقدة بسبب عوامل مختلفة بما في ذلك التنوع الميكروبي ومواد الأقطاب الكهربائية وتصميم المفاعل. [72] يمثل تطوير مواد أقطاب كهربائية فعالة من حيث التكلفة وطويلة الأمد عقبة أخرى، حيث تؤثر بشكل مباشر على الجدوى الاقتصادية لخلايا الوقود الميكروبية على نطاق أوسع. علاوة على ذلك، يفرض توسيع نطاق خلايا الوقود الميكروبية للتطبيقات العملية تحديات هندسية ولوجستية. ومع ذلك، يستمر البحث الجاري في تكنولوجيا خلايا الوقود الميكروبية في معالجة هذه العقبات. يستكشف العلماء بنشاط مواد أقطاب كهربائية جديدة، وتعزيز المجتمعات الميكروبية لتحسين الكفاءة، وتحسين تكوينات المفاعل. علاوة على ذلك، فتحت التطورات في علم الأحياء التركيبية والهندسة الوراثية إمكانيات لتصميم ميكروبات مخصصة ذات قدرات نقل إلكترون محسنة، ودفع حدود أداء خلايا الوقود الميكروبية. [73] تساهم الجهود التعاونية بين المجالات متعددة التخصصات أيضًا في فهم أعمق لآليات MFC وتوسيع تطبيقاتها المحتملة في مجالات مثل معالجة مياه الصرف الصحي وإصلاح البيئة وإنتاج الطاقة المستدامة.

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ لوغان، بروس إي؛ هامليرز، بيرت؛ روزيندال، رينيه؛ شرودر، أوي؛ كيلر، يورج؛ فريجويا، ستيفانو؛ ألترمان، بيتر؛ فيرستراتي، ويلي؛ رابي، كورنيل (2006). "خلايا الوقود الميكروبية: المنهجية والتكنولوجيا". العلوم البيئية والتكنولوجيا . 40 (17): 5181-5192. doi :10.1021/es0605016. PMID  16999087.
  2. ^ Badwal, Sukhvinder P. S; Giddey, Sarbjit S; Munnings, Christopher; Bhatt, Anand I; Hollenkamp, ​​Anthony F (2014). "تقنيات تحويل وتخزين الطاقة الكهروكيميائية الناشئة". Frontiers in Chemistry . 2 : 79. Bibcode :2014FrCh....2...79B. doi : 10.3389 /fchem.2014.00079 . PMC 4174133. PMID  25309898. 
  3. ^ مين، بوكي؛ تشنغ، شاوان؛ لوغان، بروس إي (2005). "توليد الكهرباء باستخدام خلايا الوقود الميكروبية ذات الأغشية والجسور الملحية". أبحاث المياه . 39 (9): 1675-1686. رمز Bibcode :2005WatRe..39.1675M. doi :10.1016/j.watres.2005.02.002. PMID  15899266.
  4. ^ "MFC Pilot plant at the Fosters Brewery". مؤرشف من الأصل في 2013-04-15 . تم الاسترجاع في 2013-03-09 .
  5. ^ Potter, MC (1911). "التأثيرات الكهربائية المصاحبة لتحلل المركبات العضوية". Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences . 84 (571): 260–76. Bibcode :1911RSPSB..84..260P. doi : 10.1098/rspb.1911.0073 . JSTOR  80609.
  6. ^ Cohen, B. (1931). "ثقافة البكتيريا كنصف خلية كهربائية". مجلة علم البكتيريا . 21 : 18-19.
  7. ^ DelDuca, MG, Friscoe, JM and Zurilla, RW (1963). التطورات في علم الأحياء الدقيقة الصناعي. المعهد الأمريكي للعلوم البيولوجية ، 4، ص81-84.
  8. ^ كاروبي، آي.؛ ماتاسونجا، تي.؛ سوزوكي، إس.؛ تسورو، إس. (1976). "إنتاج الهيدروجين المستمر بواسطة خلايا كاملة مثبتة من Clostridium butyricum ". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - الموضوعات العامة . 24 (2): 338-343. doi :10.1016/0304-4165(76)90376-7. PMID  9145.
  9. ^ كاروبي، إيساو؛ ماتسوناجا، تاداشي؛ تسورو، شينيا؛ سوزوكي، شويتشي (نوفمبر 1977). "الخلايا الكيميائية الحيوية التي تستخدم الخلايا المثبتة من Clostridium butyricum". التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية . 19 (11): 1727-1733. doi : 10.1002/bit.260191112 .
  10. ^ "تحضير حل للطاقة المستدامة". جامعة كوينزلاند أستراليا . تم الاسترجاع في 26 أغسطس 2014 .
  11. ^ Allen, RM; Bennetto, HP (1993). "Microbial Fuel Cells: Electricity production from carbohydrates". Applied Biochemistry and Biotechnology . 39–40: 27–40. doi :10.1007/bf02918975. S2CID  84142118.
  12. ^ 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): 1533-43. رمز Bibcode : 2010BiTec.101.1533P. doi : 10.1016/j.biortech.2009.10.017. PMID  19892549.
  13. ^ لو، ز.؛ تشانج، د.؛ ما، ج.؛ هوانج، ج.؛ كاي، ل.؛ تشانغ، ل. (2015). "سلوك الأيونات المعدنية في الأنظمة الكهروكيميائية الحيوية: مراجعة". مجلة مصادر الطاقة . 275 : 243-260. رمز Bibcode : 2015JPS...275..243L. doi : 10.1016/j.jpowsour.2014.10.168.
  14. ^ أوه، س.؛ لوجان، بي إي (2005). "إنتاج الهيدروجين والكهرباء من مياه الصرف الصحي الناتجة عن معالجة الأغذية باستخدام تقنيات التخمير وخلايا الوقود الميكروبية". بحوث المياه . 39 (19): 4673-4682. رمز Bibcode : 2005WatRe..39.4673O. doi : 10.1016/j.watres.2005.09.019. PMID  16289673.
  15. ^ فيليبون ، تيموثي. تيان، جيانغهاو؛ المكتب، كريستيل؛ شومونت، سيدريك. ميدوكس، سيدريك؛ تورنيبيز، جوليان؛ بوشيز، تيودور؛ باريير ، فريديريك (2021-08-01). "إن إزالة النتروجين من الكاثودات الحيوية التي تم تطويرها من رواسب الأراضي الرطبة المبنية تظهر أغشية حيوية تقلل من النترات الكهربية تهيمن عليها أجناس Azoarcus و Pontibacter". الكيمياء الحيوية . 140 : 107819. دوى : 10.1016/j.bioelechem.2021.107819 . ISSN  1567-5394. بميد  33894567. S2CID  233390050. {{cite journal}}: |last3=له اسم عام ( مساعدة )
  16. ^ Pous, Narcís; Koch, Christin; Colprim, Jesús; Puig, Sebastià; Harnisch, Falk (2014-12-01). "نقل الإلكترون خارج الخلية للكاثودات الحيوية: الكشف عن إمكانات اختزال النترات والنتريت في الميكروبات النازعة للنتروجين التي يهيمن عليها Thiobacillus sp". Electrochemistry Communications . 49 : 93–97. doi :10.1016/j.elecom.2014.10.011. hdl : 10256/10827 . ISSN  1388-2481.
  17. ^ Subhas C Mukhopadhyay; Joe-Air Jiang (2013). "Application of Microbial Fuel Cells to Power Sensor Networks for Ecological Monitoring". Wireless Sensor Networks and Ecological Monitoring . Smart Sensors, Measurement and Instrumentation. المجلد 3. رابط سبرينغر. ص 151-178. doi :10.1007/978-3-642-36365-8_6. ISBN 978-3-642-36365-8.
  18. ^ وانج، فيكتور بوتشوان؛ تشوا، سونغ لين؛ كاي، تشاو؛ سيفاكومار، كريشناكومار؛ تشانغ، تشيتشون؛ كجيلبيرج، ستافان؛ كاو، بين؛ لو، ساي تشي يواكيم؛ يانغ، ليانغ (2014). "اتحاد ميكروبي متآزر مستقر لإزالة الصبغة الآزوية وتوليد الكهرباء الحيوية في وقت واحد". تكنولوجيا الموارد الحيوية . 155 : 71-6. رمز Bibcode : 2014BiTec.155...71W. doi : 10.1016/j.biortech.2013.12.078. PMID  24434696.
  19. ^ وانج، فيكتور بوشوان؛ تشوا، سونغ لين؛ كاو، بين؛ سيفيور، توماس؛ نيساتي، فيكتور جيه؛ مارسيلي، إنريكو؛ كجيلبيرج، ستافان؛ جيفسكوف، مايكل؛ تولكر نيلسن، تيم؛ سونغ، هاو؛ لو، جواكيم ساي تشي؛ يانغ، ليانغ (2013). "هندسة مسار التخليق الحيوي لـ PQS لتعزيز إنتاج الكهرباء الحيوية في خلايا الوقود الميكروبية Pseudomonas aeruginosa". PLOS ONE . 8 (5): e63129. Bibcode :2013PLoSO...863129W. doi : 10.1371/journal.pone.0063129 . PMC 3659106. PMID  23700414 . 
  20. ^ "حديقة حيوان لندن ZSL تجرب أول صورة سيلفي لنبات في العالم". جمعية علم الحيوان في لندن (ZSL) .
  21. ^ Venkata Mohan, S; Mohanakrishna, G; Srikanth, S; Sarma, PN (2008). "تسخير الكهرباء الحيوية في خلية الوقود الميكروبية (MFC) باستخدام الكاثود المهوى من خلال المعالجة اللاهوائية لمياه الصرف الكيميائي باستخدام اتحادات مختلطة مخصبة انتقائيًا لإنتاج الهيدروجين". Fuel . 87 (12): 2667–76. Bibcode :2008Fuel...87.2667V. doi :10.1016/j.fuel.2008.03.002.
  22. ^ Venkata Mohan, S; Mohanakrishna, G; Reddy, B. Purushotham; Saravanan, R; Sarma, PN (2008). "توليد الكهرباء الحيوية من معالجة مياه الصرف الكيميائي في خلية الوقود الميكروبية (MFC) بدون وسيط (أنود) باستخدام ثقافة مختلطة منتجة للهيدروجين المخصب بشكل انتقائي في بيئة حمضية دقيقة". مجلة الهندسة الكيميائية الحيوية . 39 (1): 121-30. رمز Bibcode :2008BioEJ..39..121V. doi :10.1016/j.bej.2007.08.023.
  23. ^ موهان، س. فينكاتا؛ فير راجافولو، س.؛ سريكانث، س.؛ سارما، ب. ن. (25 يونيو 2007). "إنتاج الكهرباء الحيوية بواسطة خلية وقود ميكروبية بدون وسيط في ظل ظروف حمضية باستخدام مياه الصرف الصحي كركيزة: تأثير معدل تحميل الركيزة". العلوم الحالية . 92 (12): 1720-6. JSTOR  24107621.
  24. ^ Venkata Mohan, S; Saravanan, R; Raghavulu, S. Veer; Mohanakrishna, G; Sarma, PN (2008). "إنتاج الكهرباء الحيوية من معالجة مياه الصرف الصحي في خلية وقود ميكروبية ذات حجرة مزدوجة (MFC) باستخدام نباتات دقيقة مختلطة مخصبة بشكل انتقائي: تأثير الكاثوليت". Bioresource Technology . 99 (3): 596–603. Bibcode :2008BiTec..99..596V. doi :10.1016/j.biortech.2006.12.026. PMID  17321135.
  25. ^ Venkata Mohan, S; Veer Raghavulu, S; Sarma, PN (2008). "التقييم الكيميائي الحيوي لعملية إنتاج الكهرباء الحيوية من معالجة مياه الصرف الصحي اللاهوائية في خلية وقود ميكروبية ذات غرفة واحدة (MFC) تستخدم غشاء صوف زجاجي". Biosensors and Bioelectronics . 23 (9): 1326–32. doi :10.1016/j.bios.2007.11.016. PMID  18248978.
  26. ^ Venkata Mohan, S; Veer Raghavulu, S; Sarma, PN (2008). "تأثير نمو الأغشية الحيوية الأنودية على إنتاج الكهرباء الحيوية في خلية وقود ميكروبية أحادية الغرفة بدون وسيط باستخدام اتحادات لاهوائية مختلطة". Biosensors and Bioelectronics . 24 (1): 41–7. doi :10.1016/j.bios.2008.03.010. PMID  18440217.
  27. ^ تشوي، ي.؛ جونج، س.؛ كيم، س. (2000). "تطوير خلايا الوقود الميكروبية باستخدام بروتيوس فولجاريس نشرة الجمعية الكيميائية الكورية". 21 (1): 44-8. {{cite journal}}: تتطلب المجلة الاستشهاد بها |journal=( مساعدة )
  28. ^ يوي ولوثر، 1986
  29. ^ تشن، ت.؛ بارتون، س.ك؛ بنيامين، ج.؛ جاو، ز.؛ تشانغ، ي.؛ كيم، هـ.-هـ.؛ هيلر، أ. (سبتمبر 2001). "خلية وقود حيوي مصغرة". مجلة الكيمياء الأمريكية . 123 (35): 8630-1. doi :10.1021/ja0163164. PMID  11525685.
  30. ^ Bullen RA, Arnot TC, Lakeman JB, Walsh FC (2006). "خلايا الوقود الحيوي وتطويرها" (PDF) . Biosensors & Bioelectronics . 21 (11): 2015–45. doi :10.1016/j.bios.2006.01.030. PMID  16569499.
  31. ^ مجلة إيوس، Waterstof uit het riool، يونيو 2008
  32. ^ من موقع MudWatt. "مجموعة علوم MudWatt". MudWatt .
  33. ^ "ISMET – الجمعية الدولية للكيمياء الكهربائية والتكنولوجيا الميكروبية". 4 سبتمبر 2023.
  34. ^ كيم، بي إتش؛ تشانج، آي إس؛ جيل، جي سي؛ بارك، إتش إس؛ كيم، إتش جيه (أبريل 2003). "مستشعر جديد للطلب البيولوجي للأكسجين (BOD) باستخدام خلية وقود ميكروبية بدون وسيط". رسائل التكنولوجيا الحيوية . 25 (7): 541-545. doi :10.1023/A:1022891231369. PMID  12882142. S2CID  5980362.
  35. ^ تشانج، إن سوب؛ مون، هيونسو؛ جانج، جاي كيونج؛ كيم، بيونج هونج (2005). "تحسين أداء خلية الوقود الميكروبية كمستشعر للطلب البيولوجي البيوكيميائي باستخدام مثبطات الجهاز التنفسي". أجهزة الاستشعار الحيوية والإلكترونيات الحيوية . 20 (9): 1856-9. doi :10.1016/j.bios.2004.06.003. PMID  15681205.
  36. ^ Gong, Y.; Radachowsky, SE; Wolf, M.; Nielsen, ME; Girguis, PR ; Reimers, CE (2011). "خلية الوقود الميكروبية القاعية كمصدر طاقة مباشر لمودم صوتي ونظام استشعار الأكسجين/درجة الحرارة لمياه البحر". العلوم البيئية والتكنولوجيا . 45 (11): 5047-53. Bibcode :2011EnST...45.5047G. doi :10.1021/es104383q. PMID  21545151.
  37. ^ Biffinger, JC, Little, B., Pietron, J., Ray, R., Ringeisen, BR (2008). "Aerobic Miniature Microbial Fuel Cells". مراجعة المختبر المرجعي الوطني : 141–42.{{cite journal}}:CS1 maint: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( الرابط )
  38. ^ Pasternak, Grzegorz; Greenman, John; Ieropoulos, Ioannis (2017-06-01). "مستشعر بيولوجي ذاتي التشغيل ومستقل لقياس الطلب على الأكسجين لمراقبة جودة المياه عبر الإنترنت". Sensors and Actuators B: Chemical . 244 : 815–822. Bibcode :2017SeAcB.244..815P. doi :10.1016/j.snb.2017.01.019. ISSN  0925-4005. PMC 5362149. PMID 28579695  . 
  39. ^ هيجن، أنيميك 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.
  40. ^ Heidrich, E. S; Dolfing, J; Scott, K; Edwards, S. R; Jones, C; Curtis, T. P (2012). "إنتاج الهيدروجين من مياه الصرف الصحي المنزلية في خلية التحليل الكهربائي الميكروبي على نطاق تجريبي". علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والتكنولوجيا الحيوية . 97 (15): 6979-89. doi :10.1007/s00253-012-4456-7. PMID  23053105. S2CID  15306503.
  41. ^ Zhang, Fei, He, Zhen, Ge, Zheng (2013). "استخدام خلايا الوقود الميكروبية لمعالجة الحمأة الخام والنفايات السائلة الأولية لتوليد الكهرباء الحيوية". قسم الهندسة المدنية والميكانيكا؛ جامعة ويسكونسن - ميلووكي .{{cite journal}}:CS1 maint: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( الرابط )
  42. ^ K. Rabaey et al.: Biofuel cells select for microbial consortia that self-mediate electron transfer. In: Appl. Environ. Microbiol. ، المجلد 70، العدد 9، 2004، ص 5373-5382.
  43. ^ ديلاني، جي إم؛ بينيتو، إتش بي؛ ماسون، جيه آر؛ رولر، إس دي؛ ستيرلينج، جيه إل؛ ثورستون، سي إف (2008). "اقتران نقل الإلكترون في خلايا الوقود الميكروبية. 2. أداء خلايا الوقود التي تحتوي على تركيبات مختارة من الكائنات الحية الدقيقة والوسيط والركيزة". مجلة التكنولوجيا الكيميائية والتكنولوجيا الحيوية. التكنولوجيا الحيوية . 34 : 13-27. doi :10.1002/jctb.280340104.
  44. ^ Lithgow, AM, Romero, L., Sanchez, IC, Souto, FA, and Vega, CA (1986). اعتراض سلسلة نقل الإلكترون في البكتيريا باستخدام وسطاء الأكسدة والاختزال المحبة للماء. مجلة أبحاث الكيمياء، (S): 178-179.
  45. ^ كيم، بي إتش؛ كيم، إتش جيه؛ هيون، إم إس؛ بارك، دي إتش (1999أ). "التفاعل المباشر للأقطاب الكهربائية لبكتيريا اختزال الحديد الثلاثي، شيوانيلا بوتريفاسينس" (PDF) . مجلة ميكروبيول بيوتكنول . 9 : 127–131. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2004-09-08.
  46. ^ Pham, CA; Jung, SJ; Phung, NT; Lee, J.; Chang, IS; Kim, BH; Yi, H.; Chun, J. (2003). "بكتيريا جديدة نشطة كهروكيميائيًا ومختزلة لـ Fe(III) مرتبطة من الناحية التطورية بـ 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.
  47. ^ "Rasierapparate • plantpower.eu • 2021". plantpower.eu . مؤرشف من الأصل في 10 مارس 2011.
  48. ^ "التكنولوجيا البيئية". Wageningen UR . 2012-06-06.
  49. ^ ستريك، ديفيد بي بي تي بي؛ هامليرز (بيرت)، إتش في إم؛ سنيل، جان إف إتش؛ بويزمان، سيس جيه إن (2008). "إنتاج الكهرباء الخضراء باستخدام النباتات الحية والبكتيريا في خلية الوقود". المجلة الدولية لأبحاث الطاقة . 32 (9): 870-6. رمز Bibcode :2008IJER...32..870S. doi :10.1002/er.1397. S2CID  96849691.
  50. ^ "مركز إدارة المياه المتقدمة". مركز إدارة المياه المتقدمة .
  51. ^ "ديلي تيك – إنتاج الهيدروجين الميكروبي يهدد بانقراض ديناصور الإيثانول".
  52. ^ نيفين كيلي ب.؛ وودارد تريفور ل.؛ فرانكس آشلي إي.؛ وآخرون. (مايو-يونيو 2010). "التركيب الكهربائي الميكروبي: تغذية الميكروبات بالكهرباء لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى مركبات عضوية خارج الخلية متعددة الكربون". mBio . 1 (2): e00103–10. doi :10.1128/mBio.00103-10. PMC 2921159. PMID  20714445 . 
  53. ^ Xu, Bojun; Ge, Zheng; He, Zhen (2015). "خلايا الوقود الميكروبية للرواسب لمعالجة مياه الصرف الصحي: التحديات والفرص". العلوم البيئية: أبحاث المياه والتكنولوجيا . 1 (3): 279-84. doi : 10.1039/C5EW00020C . hdl : 10919/64969 .
  54. ^ كلارك، هيلين (2 مارس 2015). "تنظيف مياه الصرف الصحي من عمليات النفط والغاز باستخدام بطارية تعمل بالميكروبات". جيزماج.
  55. ^ بوراس، إدوارد (8 أكتوبر 2020). "تقنيات جديدة لتحلية المياه باستخدام الميكروبات جاهزة لدخول السوق". مدونة مشاريع ليتات . تم الاسترجاع في 9 أكتوبر 2020 .
  56. ^ إليزابيث، إلمي (2012). "توليد الكهرباء بطريقة "الطبيعة"". مجلة SALT 'B' الإلكترونية . 1. مؤرشف من الأصل في 2013-01-18.
  57. ^ Strik, David PBTB; Timmers, Ruud A; Helder, Marjolein; Steinbusch, Kirsten JJ; Hamelers, Hubertus VM; Buisman, Cees JN (2011). "الخلايا الشمسية الميكروبية: تطبيق الكائنات الحية النشطة ضوئيًا والكهروكيميائيًا". الاتجاهات في التكنولوجيا الحيوية . 29 (1): 41-9. doi :10.1016/j.tibtech.2010.10.001. PMID  21067833.
  58. ^ Bombelli, Paolo; Bradley, Robert W; Scott, Amanda M; Philips, Alexander J; McCormick, Alistair J; Cruz, Sonia M; Anderson, Alexander; Yunus, Kamran; Bendall, Derek S; Cameron, Petra J; Davies, Julia M; Smith, Alison G; Howe, Christopher J; Fisher, Adrian C (2011). "التحليل الكمي للعوامل التي تحد من انتقال الطاقة الشمسية بواسطة Synechocystis sp. PCC 6803 في الأجهزة الكهروضوئية البيولوجية". الطاقة والعلوم البيئية . 4 (11): 4690-8. doi :10.1039/c1ee02531g.
  59. ^ "خلايا الوقود الميكروبية المصغرة". مكتب نقل التكنولوجيا . تم الاسترجاع في 30 نوفمبر 2014 .
  60. ^ Biffinger, Justin C.; Ray, Ricky; Little, Brenda; Ringeisen, Bradley R. (2007). "تنويع تصميم خلايا الوقود البيولوجية باستخدام المرشحات النانوية المسامية". العلوم البيئية والتكنولوجيا . 41 (4): 1444–49. Bibcode :2007EnST...41.1444B. doi :10.1021/es061634u. PMID  17593755.
  61. ^ شبيبة ، أنثرو (5 يناير 2016). "الندوة 2". مشاركة الشريحة .
  62. ^ ab Pasternak, Grzegorz; Greenman, John; Ieropoulos, Ioannis (2016). "دراسة شاملة عن 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 . 
  63. ^ بيهيرا، ماناسويني؛ جانا، بارثا س؛ جانجريكار، م م (2010). "تقييم أداء خلية الوقود الميكروبية منخفضة التكلفة المصنعة باستخدام وعاء فخاري مع كاثود حيوي وغير حيوي". تكنولوجيا الموارد الحيوية . 101 (4): 1183-9. رمز Bibcode : 2010BiTec.101.1183B. doi : 10.1016/j.biortech.2009.07.089. PMID  19800223.
  64. ^ وينفيلد، جوناثان؛ جرينمان، جون؛ هوسون، ديفيد؛ إيروبولوس، يوانيس (2013). "مقارنة الطين الحراري والفخار من أجل وظائف متعددة في خلايا الوقود الميكروبية". هندسة العمليات الحيوية والأنظمة الحيوية . 36 (12): 1913-21. doi :10.1007/s00449-013-0967-6. PMID  23728836. S2CID  206992845.
  65. ^ بينيتو، إتش بي (1990). "توليد الكهرباء بواسطة الكائنات الحية الدقيقة" (PDF) . تعليم التكنولوجيا الحيوية . 1 (4): 163-168.
  66. ^ Aiyer, Kartik S. (2020-01-18). "كيف يحدث نقل الإلكترون في خلايا الوقود الميكروبية؟". المجلة العالمية لعلم الأحياء الدقيقة والتكنولوجيا الحيوية . 36 (2): 19. doi :10.1007/s11274-020-2801-z. ISSN  1573-0972. PMID  31955250.
  67. ^ تشنغ، كا يو؛ هو، جوين؛ كورد-رويسش، رالف (2008). "تقارب الأغشية الحيوية لخلايا الوقود الميكروبية للإمكانات الأنودية". العلوم البيئية والتكنولوجيا . 42 (10): 3828-34. رمز Bibcode :2008EnST...42.3828C. doi :10.1021/es8003969. PMID  18546730.
  68. ^ بينيتو، هـ. بيتر؛ ستيرلينج، جون إل؛ تاناكا، كازوكو؛ فيجا، كارمن أ (1983). "التفاعلات الأنودية في خلايا الوقود الميكروبية". التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية . 25 (2): 559-68. doi :10.1002/bit.260250219. PMID  18548670. S2CID  33986929.
  69. ^ راشد، نعيم؛ كوي، يو-فينج؛ سيف الرحمن، محمد؛ هان، جونج-إن (2013). "تعزيز توليد الكهرباء باستخدام الكتلة الحيوية للطحالب والحمأة المنشطة في خلية الوقود الميكروبية". علم البيئة الكلية . 456-457: 91-4. رمز Bibcode :2013ScTEn.456...91R. doi :10.1016/j.scitotenv.2013.03.067. PMID  23584037.
  70. ^ Bankefa, Olufemi Emmanuel; Oladeji, Seye Julius; Ayilara-Akande, Simbiat Olufunke; Lasisi, Modupe Mariam (يونيو 2021). "الخلاص الميكروبي للأيام "الشريرة": تقييم عالمي للأمن الغذائي". مجلة علوم وتكنولوجيا الأغذية . 58 (6): 2041-2053. doi :10.1007/s13197-020-04725-7. PMC 8076430. PMID  33967303 . 
  71. ^ شابانجو، خيا؛ باكاري، باباتوندي؛ بوابوا، جوزيف (1 نوفمبر 2022). "خلايا الوقود الميكروبية للطاقة الكهربائية: نظرة عامة على التوسع وإمكانيات التطبيق نحو شبكة الطاقة في جنوب إفريقيا". الاستدامة . 14 (21): 14268. doi : 10.3390/su142114268 .
  72. ^ تشوي، سوكهيون (يوليو 2015). "خلايا الوقود الميكروبية على نطاق صغير: التطورات والتحديات". أجهزة الاستشعار الحيوية والإلكترونيات الحيوية . 69 : 8-25. doi :10.1016/j.bios.2015.02.021. PMID  25703724.
  73. ^ هي، لي؛ دو، بينج؛ تشن، ييزونغ؛ لو، هونغوي؛ تشنغ، شي؛ تشانغ، باي؛ وانغ، تشنغ (مايو 2017). "التقدم المحرز في خلايا الوقود الميكروبية لمعالجة مياه الصرف الصحي". مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة . 71 : 388-403. رمز 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 ذاتيا". شركة بادن فورتمبيرغ المحدودة. مؤرشف من الأصل في 2011-07-21 . تم الاسترجاع في 2011-02-07 .
  • Liu H, Cheng S, Logan BE (2005). "إنتاج الكهرباء من الأسيتات أو الزبدات باستخدام خلية وقود ميكروبية ذات غرفة واحدة". Environ Sci Technol . 32 (2): 658–62. Bibcode :2005EnST...39..658L. doi :10.1021/es048927c. PMID  15707069.
  • Rabaey, K. & W. Verstraete (2005). "خلايا الوقود الميكروبية: تكنولوجيا حيوية جديدة لتوليد الطاقة". Trends Biotechnol . 23 (6): 291–298. doi :10.1016/j.tibtech.2005.04.008. PMID  15922081. S2CID  16637514.
  • يو بي إل ولوثر كيه (1986). الأكسدة الأنزيمية لمركبات الكربون 1 في خلية الوقود الكيميائية الحيوية. مجلة الهندسة الكيميائية، 33 ب، ص 69-77

قراءة إضافية

  • Rabaey, Korneel; Rodríguez, Jorge; Blackall, Linda L ; Keller, Jurg; Gross, Pamela; Batstone, Damien; Verstraete, Willy; Nealson, Kenneth H (2007). "علم البيئة الميكروبية يلتقي بالكيمياء الكهربائية: المجتمعات التي تعمل بالكهرباء وتقودها". مجلة ISME . 1 (1): 9-18. Bibcode :2007ISMEJ...1....9R. doi : 10.1038/ismej.2007.4 . PMID  18043609.
  • بانت، ديباك؛ فان بوغارت، جيلبرت؛ دييلز، لودو؛ فانبروكهوفن، كارولين (2010). "مراجعة للركائز المستخدمة في خلايا الوقود الميكروبية (MFCs) لإنتاج الطاقة المستدامة". تكنولوجيا الموارد الحيوية . 101 (6): 1533-43. رمز Bibcode : 2010BiTec.101.1533P. doi : 10.1016/j.biortech.2009.10.017. PMID  19892549.
  • مجموعة أدوات MFC ذاتية الصنع
  • الوقود الحيوي من الطحالب الدقيقة
  • إنتاج الهيدروجين الحيوي المستدام والفعال عن طريق الهيدروجين الكهربائي – نوفمبر 2007
  • مدونة خلايا الوقود الميكروبية مدونة بحثية حول التقنيات الشائعة المستخدمة في أبحاث خلايا الوقود الميكروبية.
  • خلايا الوقود الميكروبية تم إنشاء هذا الموقع من قبل بعض مجموعات البحث النشطة حاليًا في مجال أبحاث خلايا الوقود الميكروبية.
  • خلايا الوقود الميكروبية من Rhodopherax Ferrireducens لمحة عامة من Science Creative Quarterly.
  • بناء خلية وقود ميكروبية ذات غرفتين
  • مجموعة نقاشية حول خلايا الوقود الميكروبية
  • شركة ابتكارية تعمل على تطوير تقنية MFC
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=خلية_الوقود_الميكروبية&oldid=1248026802"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate