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.
Living Organizmy uzyskują energię z utleniania węglowodanów, które są generowane przez fotosynteza w roślinach i połknięte jako żywność przez zwierzęta. Enzymy ułatwiają reakcje, w których węglowodany są przekształcane w dwutlenek węgla i wodę przez usunięcie elektronów, które są następnie przechowywane w cząsteczkach trifosforanu adenozyny (ATP). W komórce biopaliw elektrony wytwarzane przez utlenianie organicznego MOLECULES - Zwykle węglowodany, jak w żywych organizmach - są wykorzystywane do generowania prądu elektrycznego. Pomysł wykorzystania tych procesów biologicznych do generowania energii elektrycznej istnieje od lat 60. XX wieku, ale wczesne próby zbudowania praktycznego, działającego komórek biopaliw napotkały trudności.
Komórka biopaliwa będzie zwykle składać się z pojemnika podzielonego na dwie sekcje przez przepuszczalną barierę. W jednej sekcji utlenianie węglowodanów - na przykład glukoza - zapewnia elektrony. W drugiej części zachodzi reakcja redukcji, która wykorzystuje te elektrony. Podłączając dwie elektrody, prąd można wykonać z elektrody w sekcji utleniania - anody - do elektrody w sekcji redukcji - katoda.
Jednym z największych praktycznych problemów utrudniających rozwój komórek biopaliwowych było znalezienie wydajnościENT WAY ULUKA ELEKTRONY Z WARBOWANIA 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 mediowane transfer elektronów (MET). Nie wymaga to kontaktu z anodą; Zamiast tego elektrony są przekazywane do innej cząsteczki, a niższy redoks pOtencja, która następnie rezygnuje z elektronów do anody. Ten związek, znany jako mediator, musi również mieć wyższy potencjał redoks niż anoda. Ten dodatkowy krok wiąże się z utratą energii, więc ogniw paliwowy jest w praktyce mniej wydajny niż może być w teorii.
Komórki biopaliwowe 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 zapasowe, nie wymagają drogich katalizatorów i używają wspólnych, niedrogich i łatwo odnawialnych surowców. Główny diSadvantaże komórek biopaliwowych 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 organizm, używane do zasilania urządzeń medycznych, takich jak rozruszniki serca.