바이오 연료 전지 란?

바이오 연료 전지는 생물학적 물질을 사용하여 산화 환원 반응을 통해 직접 전기를 생성하는 장치입니다. 이는 재료의 연소에 의해 제공되는 열로부터 전기를 생성하기 위해 바이오 연료를 사용하는 것과는 대조적이다. 바이오 연료 전지 기술의 기본 원리는 살아있는 유기체 내에서 에너지를 생산하는 데 사용되는 다양한 자연 과정을 모방하는 것입니다. 어떤 경우에는 박테리아가 이러한 연료 전지에서 역할을 할 수 있습니다. 2011 년 현재 바이오 연료 전지는 대체 에너지 원으로서 다양한 의료 및 바이오 엔지니어링 응용 분야에서 잠재력을 보여줍니다.

살아있는 유기체는 식물의 광합성에 의해 생성되고 동물이 음식으로 섭취하는 탄수화물의 산화로부터 에너지를 얻습니다. 효소는 전자의 제거에 의해 탄수화물이 이산화탄소와 물로 전환되는 반응을 촉진 한 다음 아데노신 트리 포스페이트 (ATP) 분자에 저장된다. 바이오 연료 전지에서 유기 분자 (일반적으로 살아있는 유기체에서와 같이 탄수화물)의 산화에 의해 생성 된 전자는 전류를 생성하는 데 사용됩니다. 이러한 생물학적 과정을 사용하여 전기를 생산한다는 아이디어는 1960 년대부터 계속되어 왔지만, 실용적이고 작동하는 바이오 연료 전지를 구성하려는 초기 시도는 어려움을 겪었습니다.

바이오 연료 전지는 전형적으로 투과성 장벽에 의해 2 개의 섹션으로 분할 된 용기로 구성 될 것이다. 한 섹션에서, 탄수화물의 산화, 예를 들어 포도당은 전자를 제공합니다. 다른 섹션에서, 이러한 전자를 사용하는 환원 반응이 일어난다. 두 개의 전극을 연결함으로써, 산화 섹션의 전극 (양극)에서 환원 섹션의 전극 (음극)으로 전류가 생성 될 수있다.

바이오 연료 세포의 발달을 방해하는 가장 큰 실질적인 문제 중 하나는 전자가 탄수화물에서 방출되어 양극으로 방출되는 효율적인 방법을 찾는 것이었다. 전자는 초기에 산화 효소에 저장되며 자연 과정에서 화학적으로 ATP 분자로 전달됩니다. 바이오 연료 전지에서 효소로부터 애노드로 전자를 추출하는 2 가지 가능한 방법이있다.

DET (Direct Electron Transfer) 방법에서, 효소는 양극에 결합되어야한다. 이것은 화학적으로 또는 다른 방법, 예를 들어 효소가 흡착되는 탄소 나노 튜브의 메쉬로부터 양극을 구성하는 것과 같이 수행 될 수있다. 이들 방법은 효소의 활성 감소 및 그에 따른 효율 손실을 초래하지만, 이는 기록 시점에 지속적인 연구 및 개선 된 기술 분야가 개발 될 수있다.

다른 전자 전달 방법은 매개 전자 전달 (MET)으로 알려져있다. 이것은 효소가 애노드와 접촉 할 것을 요구하지 않는다; 대신에, 전자는 더 낮은 산화 환원 전위를 갖는 다른 분자로 전달되어 전자를 애노드에 제공한다. 매개체로 알려진이 화합물은 또한 양극보다 산화 환원 전위가 높아야합니다. 이 추가 단계에는 에너지 손실이 포함되므로 연료 전지는 실제로 이론상보다 효율이 떨어집니다.

바이오 연료 전지는 활발한 연구 분야이며 이러한 문제에 대한 다양한 가능한 해결책이 연구되고있다. 가능성은 미생물 연료 전지에서 박테리아의 사용이다. 혐기성 조건에서 사는 철 환원 박테리아는 철을 +3 산화 상태에서 +2 산화 상태로 자연적으로 환원 시키므로 특별한 가능성을 보여줍니다. 그런 다음 철은 양극에서 전자를 포기하여 +3 상태로 돌아가고 박테리아에서 양극으로 전자를 전달하여 자연 매개체 분자로 작용합니다.

바이오 연료 전지의 주요 장점은 오염되지 않고 값 비싼 촉매가 필요하지 않으며 일반적이고 저렴하며 쉽게 재생 가능한 원료를 사용한다는 것입니다. 바이오 연료 전지의 주요 단점은 비 효율성 및 저전력 출력이다. 그러나 2011 년 현재, 이러한 문제를 극복하여 새로운 가능성을 열 수 있기를 희망합니다. 여기에는 저렴하고 깨끗하며 재생 가능한 에너지뿐만 아니라 체내에서 생성 된 물질을 사용하여 심박 조율기와 같은 의료 기기에 전력을 공급하는 데 사용되는 이식 된 바이오 연료 전지의 가능성도 포함됩니다.