Najnowsze

Opublikowano Październik 23, 2013 Przez stophasbara W Nauka

Nowatorska metoda produkcji wodoru

131010205331Nowatorska metoda wytwarzania paliwa wodorowego jest oparta na konstrukcji urządzenia, które wykorzystuje tylko światło słoneczne i ścieki do produkcji wodoru i może zapewnić trwałe źródło energii przy jednoczesnej poprawie efektywności oczyszczania ścieków.

Zespół badawczy kierowany przez Yat Li, profesora chemii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz, opracował urządzenie do wykorzystania drobnoustrojów i energii słonecznej i przedstawił wyniki pracy w czasopiśmie Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego ACS Nano. Hybrydowe urządzenie łączy mikrobiologiczne ogniwo paliwowe (MFC) i rodzaj ogniwa słonecznego o nazwie komórki fotoelektrochemicznej (PEC). Składnik ogniwa MFC, substancja organiczna znajdująca się w ściekach poddawana degradacji przez bakterie, wytwarza energię elektryczną w tym procesie. Biologicznie wytworzona energia elektryczna jest dostarczana do elementu PEC pozwalającego na rozszczepienie wody (elektrolizę) przy użyciu energii słonecznej wspomaganej z MEF, w wyniku czego wytwarzany jest wodór i tlen.

Zarówno urządzenie PEC, jak też MFC, mogą być wykorzystywane niezależnie do wytwarzania wodoru. Jednak obydwa wymagają niewielkiego dodatkowego napięcia („zewnętrzny bias”) do pokonania bariery energii termodynamicznej i redukcji protonowej do postaci gazowego wodoru. Konieczność włączenia dodatkowego elementu zasilania elektrycznego znacznie zwiększa koszt oraz komplikuje budowę tych typów urządzeń konwersji energii, zwłaszcza w dużej skali. W porównaniu do tego, hybryda solarno-drobnoustrojowa profesora Li jest urządzeniem samo-napędzającym się i samowystarczalnym, ponieważ uzyskana energia z materii organicznej (zbierana przez MFC) i światła słonecznego (przez PEC) jest wystarczająca do prowadzenia ciągłej elektrolizy wody.

W efekcie, składnik MFC może zostać uznany za w pełni sprawną „bio-baterię”, która zapewnia dodatkowe napięcie i energię dla PEC, aby ten był zdolny do wytwarzania wodoru gazowego. „Jedyne źródła energii to ścieki i światło słoneczne”, powiedział Li. „Udany pokaz tego urządzenia mikrobiologicznego dla wytwarzania wodoru może zapewnić nowe rozwiązanie, które może jednocześnie zaspokoić potrzebę oczyszczania ścieków, jak również rosnące zapotrzebowanie na czystą energię„.

Mikrobiologiczne ogniwa paliwowe opierają się na szczepach nietypowych bakterii, zwanych bakteriami elektrogenicznymi, które są zdolne do wytwarzania energii elektrycznej przez przeniesienie metabolicznie generowanych elektronów przez ich błony komórkowe na zewnętrzną elektrodę. Grupa prof. Li współpracowała z badaczami z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), którzy badali bakterie elektrogeniczne, i jak one działają na rzecz zwiększenia wydajności MFC. Początkowe testy urządzenia solarno-mikrobiologicznego (PEC-MFC) używały dobrze zbadanego szczepu bakterii hodowanych w laboratorium na sztucznym podłożu wzrostowym. Kolejne testy używały już nieprzetworzonych ścieków komunalnych z zakładu rekultywacji wody Livermore. Ścieki zawierały bogate organiczne składniki odżywcze oraz zróżnicowane kultury bakterii, które żywią się tymi składnikami odżywczymi, wśród nich znalazły się naturalnie występujące szczepy bakterii elektrogenicznych.

Kiedy karmione są ściekami i oświetlone w słonecznym symulatorze, urządzenie PEC-MFC wykazuje ciągłą produkcję wodoru w tempie średnio 0,05 m3/dobę. W tym samym czasie, mętne, czarne ścieki zostają oczyszczone i stają się jasne. Zapotrzebowanie na rozpuszczony chemicznie tlen – miara ilości związków organicznych w wodzie, często stosowana do badania jakości wody – zmniejszyło się o 67 procent w ciągu 48 godzin.

Badacze również zauważyli, że wytwarzanie wodoru spada w czasie, gdy bakterie wykorzystują materię organiczną w ściekach. Uzupełnianie ścieków w każdym cyklu badania prowadziło do zupełnego przywrócenia produkcji prądu elektrycznego i gazu wodorowego.

Naukowcy są przekonani o potencjale komercyjnym ich wynalazku. Obecnie planują zwiększenie skali małego urządzenia laboratoryjnego do postaci 40-litrowego prototypu stale zasilanego ściekami komunalnymi. Jeśli wyniki tego prototypu będą obiecujące, zaczną testować urządzenie na miejscu w oczyszczalni ścieków.

MFC zostanie zintegrowany z istniejącymi instalacjami do ciągłego dostarczania ścieków, a PEC zostanie zbudowany na zewnątrz, aby pobierać naturalne oświetlenie słoneczne. Na szczęście, Golden State jest obdarzony bogactwem światła słonecznego, które będzie używane do testów w terenie” dodał prof. Li.

źródło: http://www.naturalblaze.com/2013/10/new-device-harnesses-sun-and-sewage-to.html

przygotował: stophasbara

Tags : , , , , , , , , ,

Komentowanie zamknięte.