Skip to main content

Co to jest komórka biopaliwa?

Komórka biopaliwa to urządzenie, które wykorzystuje materiały biologiczne do generowania energii elektrycznej w bezpośredni sposób poprzez reakcje redoks.Kontrastuje to z konwencjonalnym wykorzystaniem biopaliw do wytwarzania energii elektrycznej z ciepła dostarczanego przez spalanie materiału.Zasada technologii komórek biopaliwowych jest naśladowanie różnych naturalnych procesów, które są wykorzystywane do wytwarzania energii w żywych organizmach.W niektórych przypadkach bakterie mogą odgrywać rolę w tych ogniwach paliwowych.Od 2011 r. Komórki biopaliw wykazują potencjał jako alternatywne źródło energii oraz w różnych zastosowaniach medycznych i bioinżynierii.

Organizmy żywe uzyskują energię z utleniania węglowodanów, które są wytwarzane przez fotosyntezę w roślinach i połknięte jako pokarm przez zwierzęta.Enzymy ułatwiają reakcje, w których węglowodany są przekształcane w dwutlenek węgla i wodę przez usuwanie elektronów, które są następnie przechowywane w cząsteczkach trifosforanu adenozyny (ATP).W komórce biopaliw elektrony wytwarzane przez utlenianie cząsteczek organicznych mdash;zwykle węglowodany, jak w żywych organizmach i mdash;są używane do generowania prądu elektrycznego..W jednej sekcji utlenianie węglowodanów mdash;Na przykład glukoza i mdash;zapewnia elektrony.W drugiej części zachodzi reakcja redukcji, która wykorzystuje te elektrony.Łącząc dwie elektrody, prąd można wykonać z elektrody w sekcji utleniania mdash;Anoda mdash;do elektrody w sekcji redukcji mdash;Katoda.

Jednym z największych praktycznych problemów utrudniających rozwój komórek biopaliwowych było znalezienie skutecznego sposobu uwalniania elektronów z węglowodanów do anody.Elektrony są początkowo przechowywane w enzymie utleniającym i w naturalnym procesie były chemiczne do cząsteczek ATP.Istnieją dwie możliwe metody ekstrakcji elektronów z enzymu do anody w komórce biopaliwowej.

W metodzie bezpośredniego transferu elektronów (DET) enzym musi być związany z anodą.Można to wykonać chemicznie lub inne metody, takie jak konstruowanie anody z siatki nanorurek węglowych, na które enzym jest adsorbowany.Metody te powodują zmniejszenie aktywności enzymu i wynikającą z tego utratę wydajności, ale w momencie pisania można opracować obszar trwających badań i ulepszonych technik.

Inna metoda transferu elektronów jest znana jako mediowana elektronowa elektronTransfer (MET).Nie wymaga to kontaktu z anodą;Zamiast tego elektrony są przekazywane do innej cząsteczki, który ma niższy potencjał redoks, który następnie rezygnuje z elektronów do anody.Ten związek, znany jako mediator, musi również mieć wyższy potencjał redoks niż anoda.Ten dodatkowy krok obejmuje utratę energii, dlatego ogniwa paliwowe są w praktyce mniej wydajne niż w teorii.

Komórki biopaliw są obszarem aktywnych badań i badane są różne możliwe rozwiązania tych problemów.Wśród możliwości jest stosowanie bakterii w drobnoustrojowych ogniwach paliwowych.Bakterie redukujące żelazo żyjące w warunkach beztlenowych wykazują szczególną obietnicę, ponieważ naturalnie zmniejszają żelazo w stanie utleniania +3 do stanu utleniania +2.Żelazo może następnie zrezygnować z elektronu na anodzie, powracając do stanu +3 i działając jako naturalna cząsteczka mediatora, przenosząc elektrony z bakterii do anody.

Głównymi zaletami komórek biopaliwowych jest to, że nie są one zaprzeczające, nie wymagaj drogich katalizatorów i używaj wspólnych, niedrogich i łatwo odnawialnych surowców.Główne wadyKomórki biopaliw to ich nieefektywność i niska moc wyjściowa.Od 2011 r. Istnieją jednak nadzieje, że problemy te zostaną przezwyciężone, otwierając nowy zakres możliwości.Obejmują one nie tylko tanie, czyste i odnawialne energię, ale także perspektywę wszczepionych komórek biopaliwowych, działających na substancjach wytwarzanych przez ciało, stosowane do zasilania urządzeń medycznych, takich jak rozruszniki serca.