バイオ燃料セルとは何ですか？

バイオ燃料セルは、生物学的材料を使用して、酸化還元反応を通じて直接的な方法で発電するデバイスです。これは、材料の燃焼によって提供される熱から電力を生成するためのバイオ燃料の従来の使用とは対照的です。バイオ燃料細胞技術の背後にある原則は、生物内でエネルギーを生成するために使用されるさまざまな自然プロセスを模倣することです。場合によっては、これらの燃料電池でバクテリアが役割を果たす可能性があります。 2011年の時点で、バイオ燃料細胞は、代替エネルギー源として、およびさまざまな医療およびバイオエンジニアリング用途としての可能性を示しています。

生物は、植物の光合成によって生成され、動物によって食物として摂取される炭水化物の酸化からエネルギーを獲得します。酵素は反応を促進し、炭水化物は電子の除去により二酸化炭素と水に変換され、それがアデノシン三リン酸（ATP）分子に保存されます。バイオ燃料細胞では、有機Mの酸化によって生成される電子胚骨 - 通常、生物のように炭水化物 - は、電流を生成するために使用されます。これらの生物学的プロセスを使用して電力を生成するというアイデアは1960年代から存在していますが、実用的で実用的なバイオ燃料細胞を構築する初期の試みは困難に遭遇しました。

バイオ燃料セルは、通常、透過性障壁によって2つのセクションに分割された容器で構成されます。あるセクションでは、炭水化物の酸化 - たとえば、グルコースは電子を提供します。他のセクションでは、これらの電子を使用する還元反応が起こります。 2つの電極を接続することにより、酸化セクションの電極から電極（アノード）から還元セクションの電極 - カソード。

バイオ燃料細胞の開発を妨げる最大の実用的な問題の1つは、効率を見つけることです炭水化物から放出される電子をアノードに放出するENT方法。電子は最初は酸化酵素に保存され、自然なプロセスでは、ATP分子に化学的に移動します。酵素からバイオ燃料セルのアノードに電子を抽出する2つの可能な方法があります。

直接電子移動（DET）メソッドでは、酵素をアノードに結合する必要があります。これは、化学的に、または酵素が吸着されているカーボンナノチューブのメッシュからアノードを構築するなど、他の方法で行うことができます。これらの方法により、酵素での活性が低下し、結果として効率が低下しますが、これは執筆時点で、進行中の研究と改善された技術の分野が開発される可能性があります。

他の電子伝達方法は、媒介電子移動（MET）として知られています。これには、酵素がアノードと接触する必要はありません。代わりに、電子はより低い酸化還元pthに別の分子に渡されますOtential、それがアノードに電子を放棄します。メディエーターとして知られるこの化合物は、アノードよりも高い酸化還元電位を持っている必要があります。この余分なステップにはエネルギーの喪失が含まれているため、燃料電池の実際には理論よりも効率が低いです。

バイオ燃料細胞は積極的な研究の分野であり、これらの問題に対するさまざまな可能な解決策が調査されています。可能性の中には、微生物燃料電池での細菌の使用があります。嫌気性条件に住んでいる鉄減少細菌は、 +3酸化状態の鉄を+2酸化状態に自然に減らすため、特定の約束を示しています。その後、鉄はアノードで電子を放棄し、+3状態に戻り、バクテリアからアノードに電子を伝達することにより天然調停器分子として機能する。

バイオ燃料細胞の主な利点は、それらが非汚染であり、高価な触媒を必要とせず、一般的で安価で簡単に再生可能な原料を使用することです。メインDIバイオ燃料細胞のSADVANTAGESは、その非効率性と低出力です。しかし、2011年の時点で、これらの問題を克服できることを望んでおり、新しい可能性を開きます。これらには、安価で清潔で再生可能なエネルギーだけでなく、身体によって生成された物質の上で走行する埋め込みバイオ燃料細胞の見通しも含まれます。