Was ist eine Biokraftstoffzelle?
Eine Biokraftstoffzelle ist ein Gerät, das biologische Materialien verwendet, um durch Redoxreaktionen Strom direkt zu erzeugen. Dies steht im Gegensatz zur konventionellen Verwendung von Biokraftstoffen, um Strom aus der Wärme zu erzeugen, die durch Verbrennung des Materials bereitgestellt wird. Das Prinzip hinter der Biokraftstoffzellentechnologie besteht darin, verschiedene natürliche Prozesse nachzuahmen, die zur Herstellung von Energie innerhalb lebender Organismen verwendet werden. In einigen Fällen können Bakterien in diesen Brennstoffzellen eine Rolle spielen. Ab 2011 zeigen Biokraftstoffzellen Potential als alternative Energiequelle und in verschiedenen medizinischen und bioengineerischen Anwendungen. Enzyme erleichtern die Reaktionen, bei denen Kohlenhydrate durch Entfernen von Elektronen in Kohlendioxid und Wasser umgewandelt werden, die dann in Adenosintriphosphat -Molekülen (ATP) gelagert werden. In einer Biokraftstoffzelle werden Elektronen durch die Oxidation von organischer m erzeugtOleküle - normalerweise Kohlenhydrate, wie in lebenden Organismen - werden verwendet, um einen elektrischen Strom zu erzeugen. Die Idee, diese biologischen Prozesse zur Erzeugung von Strom zu verwenden, gibt es seit den 1960er Jahren, aber frühe Versuche, eine praktische, funktionierende Biokraftstoffzelle zu konstruieren
Eine Biokraftstoffzelle besteht typischerweise aus einem Behälter, der durch eine durchlässige Barriere in zwei Abschnitte unterteilt ist. In einem Abschnitt liefert die Oxidation eines Kohlenhydrats - beispielsweise Glukose - Elektronen. Im anderen Abschnitt findet eine Reduktionsreaktion statt, die diese Elektronen verwendet. Durch Anschließen der beiden Elektroden kann ein Strom aus der Elektrode im Oxidationsabschnitt - der Anode - an die Elektrode im Reduktionsabschnitt - die Kathode -
hergestellt werden.Eines der größten praktischen Probleme, die die Entwicklung von Biokraftstoffzellen behindernEnt -Art, die Elektronen aus dem Kohlenhydraten in die Anode zu bringen. Die Elektronen werden ursprünglich im oxidierenden Enzym gespeichert und würden im natürlichen Prozess chemisch in ATP -Moleküle übertragen. Es gibt zwei mögliche Methoden zum Extrahieren von Elektronen aus dem Enzym in die Anode in einer Biokraftstoffzelle.
im DET -Methode DIRECTRON ELECTRON Transfer (DET) muss das Enzym an die Anode gebunden werden. Dies kann chemisch oder mit anderen Methoden erfolgen, z. Diese Methoden führen zu einer verringerten Aktivität im Enzym und zu einem daraus resultierenden Effizienzverlust. Dies ist jedoch zum Zeitpunkt des Schreibens ein Bereich laufender Forschung und verbesserte Techniken.
Die andere Methode zum Elektronentransfer wird als vermittelter Elektronentransfer (MET) bezeichnet. Dadurch muss das Enzym nicht mit der Anode in Kontakt stehen. Stattdessen werden die Elektronen an ein anderes Molekül mit einem niedrigeren Redox P übergebenotential, der dann die Elektronen an die Anode gibt. Diese als Mediator bekannte Verbindung muss ebenfalls ein höheres Redoxpotential als die Anode haben. Dieser zusätzliche Schritt beinhaltet einen Energieverlust und so ist die Brennstoffzelle in der Praxis weniger effizient als in der Theorie.
Biokraftstoffzellen sind ein Bereich der aktiven Forschung und verschiedene mögliche Lösungen für diese Probleme werden untersucht. Zu den Möglichkeiten gehört die Verwendung von Bakterien in mikrobiellen Brennstoffzellen. Eisenreduzierende Bakterien, die unter anaeroben Bedingungen leben, zeigen ein besonderes Versprechen, da sie auf natürliche Weise Eisen in seinem +3 -Oxidationszustand auf seinen +2 -Oxidationszustand reduzieren. Das Eisen kann dann ein Elektron an der Anode aufgeben, in seinen +3 -Zustand zurückkehren und als natürliches Mediatormolekül fungieren, indem Elektronen aus den Bakterien auf die Anode übertragen werden.
Die Hauptvorteile von Biokraftstoffzellen besteht darin, dass sie nicht bestrafen, keine teuren Katalysatoren benötigen und gemeinsame, kostengünstige und leicht erneuerbare Rohstoffe verwenden. Der HauptdiSadvantats von Biokraftstoffzellen ist ihre Ineffizienz und niedrige Leistung. Ab 2011 besteht jedoch die Hoffnung, dass diese Probleme überwunden werden können und eine neue Palette von Möglichkeiten eröffnen. Dazu gehören nicht nur billige, saubere und erneuerbare Energien, sondern auch die Aussicht auf implantierte Biokraftstoffzellen, die auf Substanzen laufen, die vom Körper erzeugt werden und zur Stromversorgung von medizinischen Geräten wie Herzschrittmachern verwendet werden.