Inovatyvūs mikrobiniai kuro elementai tvariai bioelektros gamybai

Technorama 2017

Autoriai: Jurgita Kuknauzaitė, Arminas Ilginis

Vadovai: Ilona Jonuškienė, Egidijus Griškonis, Kristina Kantminienė

Aprašymas:

Iš iškastinio kuro gaunama elektros energija nėra atsinaujinanti. Viena iš alternatyvių atsinaujinančios ir švarios energijos formų yra elektros energija, gaminama mikrobiniuose kuro elementuose (MKE). Juose bakterijos – egzoelektrogenai – iš mitybai naudojamų organinių junginių gaunamus elektronus atiduoda anodui, iš kurio elektronai išorine elektros grandine tekėdami į katodą atlieka naudingą elektros srovės darbą. Anodo paviršiuje vykstantys procesai ir jų efektyvumas, t. y. greitis bei tolygumas, yra MKE technologijų plėtrą limituojantys veiksniai. Taigi, anodo paviršiaus modifikavimas ir bakterijų atiduodamų elektronų perėjimo į anodą palankių sąlygų sudarymas yra labai svarbus uždavinys, kurio sprendimas leistų plačiau taikyti MKE efektyviam elektros energijos generavimui.

Vienos iš efektyvesnių ir dažniausiai mikrobinių kuro elementų tyrimuose naudojamų bakterijų yra Shewanella, Geobacter ir kitų genčių bakterijos, kurios savo gyvybinių funkcijų palaikymui naudodamos įvairias organines medžiagas anaerobinio metabolizmo metu generuojamus elektronus gali tiesiogiai, be elektronų pernašos tarpininkų (mediatorių), atiduoti anodui.

Susidomėjimas mikrobiniais kuro elementais nuolatos auga, nes MKE siūlo galimybę pagaminti elektros energiją iš organinių atliekų ir atsinaujinančios biomasės. MKE veiklą vykdantys mikroorganizmai gali oksiduoti skirtingą „purviną“ kurą, tradiciniu požiūriu neturintį energetinės vertės, pvz., organines nuotekas, dirvožemio ir vandens telkinių nuosėdų organines medžiagas.

Šiuo metu platesnį mikrobinių kuro elementų panaudojimą elektros srovės gamybai ar nuotekų valymui vis dar limituoja mažos srovės tankio ir savitosios galios vertės. Savitosios galios ir srovės tankio padidėjimą lemia šių veiksnių visuma: 1) didesnis sistemos bendras elektrinis ir joninis laidumas; 2) didesnis elektrodų paviršiaus plotas; 3) didesnis biosuderinamumas. Žinios apie ryšį tarp mikrobinių kuro elementų veikimo rodiklių, anodo parametrų ir anodo paviršiaus chemijos yra svarbios tobulinant mikrobinius kuro elementus ir pritaikant juos platesniam naudojimui.

KTU Fizikinės ir neorganinės chemijos katedroje, bendradarbiaujant su Organinės chemijos katedros specialistais, pradėti tyrimai parenkant ir specifiškai modifikuojant anglinius elektrodus, kurie leistų padidinti MKE veikimo efektyvumą.  Ypač svarbus šių tyrimų uždavinys yra specifinių  funkcinių grupių suformavimas anodo paviršiuje ir palankių sąlygų sudarymas ant anodo paviršiaus „gyvenančioms“ bakterijoms perduoti elektronus anodui. Šio uždavinio sprendimas leistų plačiau taikyti MKE efektyviam elektros energijos generavimui. „Technorama 2017“ pristatomas testuojamas MKE su didelio savitojo paviršiaus specialiai apdorotu grafito veltinio anodu.

Ši MKE yra prototipas baterijoms, kurios bus naudojamos rengiant menininkų Nomedos ir Gedimino Urbonų (MIT, Cambridge, JAV) instaliaciją Folk Stone. Power Plant, Folkestone miesto trienalėje Didžiojoje Britanijoje 2017 metų vasarą ir rudenį. Kaip mokymo priemonė, MKE prototipas bus naudojamas edukacinėje trienalės programoje – dirbtuvėse bei simpoziume apie alternatyvią gyvybės formų energiją, skirtuose plačiai auditorijai: moksleiviams, trienalės lankytojams, meno ir mokslo bendruomenei. Edukacinė programa kuriama bendradarbiaujant su Všį Jutempus (Vilnius) ir ACT Meno, Kulturos ir Technologijos programa (MIT, Cambridge, JAV).

 

Duration:
2017 - 2017

We are using cookies to provide statistics that help us give you the best experience of our site. You can find out more or switch them off if you prefer. However, by continuing to use the site without changing settings, you are agreeing to our use of cookies.
I agree