stringtranslate.com

Микробный топливный элемент

Микробный топливный элемент ( МТЭ ) — это тип биоэлектрохимической системы топливных элементов [1], также известный как микротопливный элемент, который генерирует электрический ток путем перенаправления электронов, полученных в результате микробного окисления восстановленных соединений (также известных как топливо или донор электронов ) на аноде, в окисленные соединения, такие как кислород (также известный как окислитель или акцептор электронов ) на катоде через внешнюю электрическую цепь . МТЭ вырабатывают электричество, используя электроны, полученные в результате биохимических реакций, катализируемых бактериями. Комплексная биотехнология (третье издание) МТЭ можно разделить на две общие категории: опосредованные и неопосредованные. Первые МТЭ, продемонстрированные в начале 20-го века, использовали медиатор: химическое вещество, которое переносит электроны от бактерий в клетке к аноду. Неопосредованные МТЭ появились в 1970-х годах; в этом типе МТЭ бактерии обычно имеют электрохимически активные окислительно-восстановительные белки, такие как цитохромы, на своей внешней мембране, которые могут переносить электроны непосредственно на анод. [2] [3] В 21 веке МФЭ начали находить коммерческое применение в очистке сточных вод. [4]

История

Идея использования микробов для производства электроэнергии возникла в начале двадцатого века. Майкл Кресс Поттер начал эту тему в 1911 году . [5] Поттеру удалось вырабатывать электричество из Saccharomyces cerevisiae , но эта работа получила мало освещения. В 1931 году Барнетт Коэн создал микробные полутопливные элементы , которые при последовательном соединении могли вырабатывать более 35 вольт при токе всего в 2 миллиампера . [6]

Исследование DelDuca et al. использовало водород, полученный путем ферментации глюкозы Clostridium butyricum, в качестве реагента на аноде водородно-воздушного топливного элемента. Хотя элемент функционировал, он был ненадежен из-за нестабильной природы производства водорода микроорганизмами. [7] Эта проблема была решена Suzuki et al. в 1976 году, [8] которые создали успешную конструкцию MFC годом позже. [9]

В конце 1970-х годов мало кто понимал, как работают микробные топливные элементы. Эту концепцию изучал Робин М. Аллен, а позднее Х. Питер Беннетто. Люди рассматривали топливный элемент как возможный метод получения электроэнергии для развивающихся стран. Работа Беннетто, начатая в начале 1980-х годов, помогла сформировать понимание того, как работают топливные элементы, и многие [ кто? ] считали его главным авторитетом в этой области.

В мае 2007 года Университет Квинсленда , Австралия, завершил прототип MFC в рамках совместных усилий с Foster's Brewing . Прототип, объемом 10 л, преобразовывал сточные воды пивоваренного завода в углекислый газ, чистую воду и электричество. Группа планировала создать пилотную модель для предстоящей международной конференции по биоэнергетике. [10]

Определение

Микробный топливный элемент (МТЭ) — это устройство, преобразующее химическую энергию в электрическую под действием микроорганизмов . [11] Эти электрохимические элементы сконструированы с использованием либо биоанода, либо биокатода. Большинство МТЭ содержат мембрану для разделения отсеков анода (где происходит окисление) и катода (где происходит восстановление). Электроны, образующиеся во время окисления, переносятся непосредственно на электрод или на окислительно-восстановительный медиатор. Поток электронов перемещается к катоду. Баланс заряда системы поддерживается ионным движением внутри элемента, обычно через ионную мембрану. Большинство МТЭ используют органический донор электронов , который окисляется с образованием CO2 , протонов и электронов. Сообщалось о других донорах электронов, таких как соединения серы или водород. [12] Катодная реакция использует различные акцепторы электронов, чаще всего кислород (O2 ) . Другие изученные акцепторы электронов включают восстановление металлов путем восстановления [13] , преобразование воды в водород [14] , восстановление нитрата [15] [16] и восстановление сульфата.

Приложения

Генерация электроэнергии

МТЭ привлекательны для приложений по производству электроэнергии, которым требуется только низкая мощность, но где замена батарей может быть непрактичной, например, для беспроводных сенсорных сетей. [17] [18] [19] Беспроводные датчики, работающие на микробных топливных элементах, могут затем использоваться, например, для удаленного мониторинга (консервации). [20]

Практически любой органический материал может быть использован для питания топливного элемента, включая соединение ячеек с очистными сооружениями . Сточные воды химических процессов [21] [22] и синтетические сточные воды [23] [24] использовались для производства биоэлектричества в двух- и однокамерных МТЭ без медиатора (непокрытые графитовые электроды).

Более высокая выработка энергии наблюдалась при использовании графитового анода , покрытого биопленкой . [25] [26] Выбросы топливных элементов значительно ниже нормативных пределов. [27] MFC преобразуют энергию более эффективно, чем стандартные двигатели внутреннего сгорания , которые ограничены эффективностью Карно . Теоретически MFC способен обеспечивать энергоэффективность, намного превышающую 50%. [28] Розендаль производил водород, затратив в 8 раз меньше энергии, чем обычные технологии производства водорода.

Более того, MFC также могут работать в меньших масштабах. В некоторых случаях электроды должны быть толщиной всего 7 мкм и длиной 2 см, [29] так что MFC может заменить батарею. Он обеспечивает возобновляемую форму энергии и не нуждается в подзарядке.

МТЭ хорошо работают в мягких условиях, от 20 °C до 40 °C и при pH около 7 [30], но им не хватает стабильности, необходимой для долгосрочного медицинского применения, например, в кардиостимуляторах .

Электростанции могут быть основаны на водных растениях, таких как водоросли. Если они расположены рядом с существующей энергосистемой, система MFC может использовать ее линии электропередач. [31]

Образование

Микробные топливные элементы на основе почвы служат образовательными инструментами, поскольку они охватывают множество научных дисциплин (микробиологию, геохимию, электротехнику и т. д.) и могут быть изготовлены с использованием общедоступных материалов, таких как почвы и предметы из холодильника. Доступны наборы для домашних научных проектов и занятий в классах. [32] Одним из примеров использования микробных топливных элементов в классе является учебная программа IBET (Интегрированная биология, английский язык и технологии) для Высшей школы науки и технологий имени Томаса Джефферсона . Несколько образовательных видео и статей также доступны на сайте Международного общества микробной электрохимии и технологий (ISMET Society)" [33] ".

Биосенсор

Ток, генерируемый микробным топливным элементом, прямо пропорционален содержанию органических веществ в сточных водах, используемых в качестве топлива. МТЭ могут измерять концентрацию растворенных веществ в сточных водах (т.е. как биосенсор ). [34]

Сточные воды обычно оцениваются по показателям биохимической потребности в кислороде (БПК). [ необходимо разъяснение ] Показатели БПК определяются путем инкубации образцов в течение 5 дней с соответствующим источником микробов, обычно с активированным илом, собранным на очистных сооружениях.

Датчик БПК типа MFC может предоставлять значения БПК в реальном времени. Кислород и нитрат являются предпочтительными акцепторами электронов, препятствующими анодному, что снижает генерацию тока от MFC. Поэтому датчики БПК MFC занижают значения БПК в присутствии этих акцепторов электронов. Этого можно избежать, подавляя аэробное и нитратное дыхание в MFC с помощью терминальных ингибиторов оксидазы, таких как цианид и азид . [35] Такие датчики БПК имеются в продаже.

Военно-морской флот США рассматривает микробные топливные элементы для датчиков окружающей среды. Использование микробных топливных элементов для питания датчиков окружающей среды может обеспечить питание в течение более длительных периодов и позволить сбор и извлечение подводных данных без проводной инфраструктуры. Энергии, вырабатываемой этими топливными элементами, достаточно для поддержания работы датчиков после первоначального времени запуска. [36] Из-за подводных условий (высокая концентрация соли, колебания температуры и ограниченный запас питательных веществ) ВМС могут развернуть МТЭ со смесью солеустойчивых микроорганизмов, что позволит более полно использовать имеющиеся питательные вещества. Shewanella oneidensis является их основным кандидатом, но другие устойчивые к жаре и холоду Shewanella spp также могут быть включены. [37]

Разработан первый автономный биосенсор БПК/ХПК с собственным питанием, позволяющий обнаруживать органические загрязнители в пресной воде. Датчик работает только от энергии, вырабатываемой МФЦ, и работает непрерывно без обслуживания. Он включает сигнализацию, чтобы сообщить об уровне загрязнения: повышенная частота сигнала предупреждает о более высоком уровне загрязнения, в то время как низкая частота информирует о низком уровне загрязнения. [38]

Биовосстановление

В 2010 году А. тер Хейне и др. [39] сконструировали устройство, способное вырабатывать электричество и восстанавливать ионы Cu2 + до металлической меди.

Было показано, что микробные электролизные ячейки производят водород. [40]

Очистка сточных вод

MFC используются в очистке воды для сбора энергии с помощью анаэробного сбраживания . Этот процесс также может уменьшить количество патогенов. Однако для этого требуются температуры выше 30 градусов по Цельсию и требуется дополнительный шаг для преобразования биогаза в электричество. Спиральные распорки могут использоваться для увеличения выработки электроэнергии путем создания спирального потока в MFC. Масштабирование MFC является проблемой из-за проблем с выходной мощностью большей площади поверхности. [41]

Типы

Опосредованный

Большинство микробных клеток электрохимически неактивны. Перенос электронов от микробных клеток к электроду облегчается такими медиаторами, как тионин , пиоцианин , [42] метилвиологен , метиловый синий , гуминовая кислота и нейтральный красный . [43] [44] Большинство доступных медиаторов дороги и токсичны.

Без посредников

Растительно-микробный топливный элемент (PMFC)

Микробные топливные элементы без медиатора используют электрохимически активные бактерии, такие как Shewanella putrefaciens [45] и Aeromonas hydrophila [46], для передачи электронов напрямую от бактериального дыхательного фермента к электроду. Некоторые бактерии способны передавать свое производство электронов через пили на своей внешней мембране. МТЭ без медиатора менее хорошо охарактеризованы, например, штамм бактерий, используемых в системе, тип ионообменной мембраны и условия системы (температура, pH и т. д.)

Микробные топливные элементы без посредников могут работать на сточных водах и получать энергию непосредственно из определенных растений и O 2 . Такая конфигурация известна как растительно-микробный топливный элемент. Возможные растения включают тростник душистую траву , спартину траву , рис, томаты, люпин и водоросли . [47] [48] [49] Учитывая, что энергия получается с использованием живых растений ( производство энергии in situ ), этот вариант может обеспечить экологические преимущества.

Микробный электролиз

Одной из разновидностей MFC без посредника является микробная электролитическая ячейка (MEC). В то время как MFC вырабатывают электрический ток путем бактериального разложения органических соединений в воде, MEC частично обращают процесс, чтобы генерировать водород или метан, прикладывая напряжение к бактериям. Это дополняет напряжение, вырабатываемое микробным разложением органики, что приводит к электролизу воды или образованию метана. [50] [51] Полное изменение принципа MFC обнаруживается в микробном электросинтезе , в котором диоксид углерода восстанавливается бактериями с использованием внешнего электрического тока для образования многоуглеродных органических соединений. [52]

На основе почвы

МФЦ на основе почвы

Микробные топливные элементы на основе почвы придерживаются основных принципов MFC, где почва действует как богатая питательными веществами анодная среда, инокулят и протонообменная мембрана (PEM). Анод размещается на определенной глубине в почве, в то время как катод располагается поверх почвы и подвергается воздействию воздуха.

Почвы естественным образом кишат разнообразными микробами , включая электрогенные бактерии, необходимые для МФЦ, и полны сложных сахаров и других питательных веществ, которые накопились в результате распада растительного и животного материала. Более того, аэробные (потребляющие кислород) микробы, присутствующие в почве, действуют как кислородный фильтр, подобно дорогим материалам PEM, используемым в лабораторных системах МФЦ, которые вызывают снижение окислительно-восстановительного потенциала почвы с большей глубиной. МФЦ на основе почвы становятся популярными образовательными инструментами для классов по естественным наукам. [32]

Микробные топливные элементы осадка (SMFC) применялись для очистки сточных вод . Простые SMFC могут генерировать энергию при обеззараживании сточных вод . Большинство таких SMFC содержат растения, имитирующие искусственные водно-болотные угодья. К 2015 году испытания SMFC достигли более 150 л. [53]

В 2015 году исследователи анонсировали приложение SMFC, которое извлекает энергию и заряжает аккумулятор . Соли диссоциируют на положительно и отрицательно заряженные ионы в воде и перемещаются и прилипают к соответствующим отрицательным и положительным электродам, заряжая аккумулятор и делая возможным удаление соли, осуществляя микробное емкостное опреснение . Микробы производят больше энергии, чем требуется для процесса опреснения. [54] В 2020 году европейский исследовательский проект добился очистки морской воды в пресную воду для потребления человеком с потреблением энергии около 0,5 кВтч/м3, что представляет собой 85%-ное снижение текущего потребления энергии по сравнению с современными технологиями опреснения. Кроме того, биологический процесс, из которого получается энергия, одновременно очищает остаточную воду для ее сброса в окружающую среду или повторного использования в сельскохозяйственных/промышленных целях. Это было достигнуто в инновационном центре опреснения, который Aqualia открыла в Дении, Испания, в начале 2020 года. [55]

Фототрофная биопленка

Фототрофные биопленочные МФЦ (ner) используют фототрофный биопленочный анод, содержащий фотосинтетические микроорганизмы, такие как хлорофита и кандианофита . Они осуществляют фотосинтез и, таким образом, производят органические метаболиты и отдают электроны. [56]

В одном исследовании было обнаружено, что PBMFC демонстрируют плотность мощности , достаточную для практического применения. [57]

Подкатегорию фототрофных МФЭ, которые используют исключительно кислородный фотосинтетический материал на аноде, иногда называют биологическими фотоэлектрическими системами. [58]

Нанопористая мембрана

Лаборатория военно-морских исследований США разработала микробные топливные элементы с нанопористой мембраной, которые используют не-PEM для создания пассивной диффузии внутри элемента. [59] Мембрана представляет собой непористый полимерный фильтр ( нейлон , целлюлоза или поликарбонат ). Он обеспечивает сопоставимую плотность мощности с Nafion (известный PEM) с большей долговечностью. Пористые мембраны допускают пассивную диффузию, тем самым снижая необходимую мощность, подаваемую на MFC, чтобы поддерживать PEM активным и увеличивать общую выходную энергию. [60]

MFC, которые не используют мембрану, могут использовать анаэробные бактерии в аэробных средах. Однако MFC без мембраны подвергаются катодному загрязнению местными бактериями и микробами-источниками питания. Новая пассивная диффузия нанопористых мембран может достичь преимуществ MFC без мембраны, не беспокоясь о катодном загрязнении. Нанопористые мембраны также в 11 раз дешевле, чем Nafion (Nafion-117, $0.22/см 2 против поликарбоната, <$0.02/см 2 ). [61]

Керамическая мембрана

Мембраны PEM можно заменить керамическими материалами. Стоимость керамических мембран может быть всего $5.66/м 2 . Макропористая структура керамических мембран обеспечивает хорошую транспортировку ионных видов. [62]

Материалы, которые успешно используются в керамических МФЦ, это фаянс , глинозем , муллит , пирофиллит и терракота . [62] [63] [64]

Процесс генерации

Когда микроорганизмы потребляют вещество, такое как сахар, в аэробных условиях, они производят углекислый газ и воду . Однако, когда кислорода нет, они могут производить углекислый газ, гидроны ( ионы водорода ) и электроны , как описано ниже для сахарозы : [65]

Микробные топливные элементы используют неорганические медиаторы для подключения к электронно-транспортной цепи клеток и канализации произведенных электронов. Медиатор пересекает внешние клеточные липидные мембраны и бактериальную внешнюю мембрану ; затем он начинает высвобождать электроны из электронно-транспортной цепи, которые обычно были бы захвачены кислородом или другими промежуточными веществами.

Теперь восстановленный медиатор выходит из клетки, нагруженный электронами, которые он переносит на электрод; этот электрод становится анодом. Высвобождение электронов возвращает медиатор в его первоначальное окисленное состояние, готовое повторить процесс. Это может произойти только в анаэробных условиях ; если присутствует кислород, он соберет электроны, так как у него больше свободной энергии для высвобождения .

Некоторые бактерии могут обойти использование неорганических медиаторов, используя специальные пути переноса электронов, известные под общим названием внеклеточный перенос электронов (EET). Пути EET позволяют микробу напрямую восстанавливать соединения вне клетки и могут использоваться для обеспечения прямой электрохимической связи с анодом. [66]

В работе MFC анод является конечным акцептором электронов, распознаваемым бактериями в анодной камере. Поэтому микробная активность сильно зависит от окислительно-восстановительного потенциала анода. Была получена кривая Михаэлиса-Ментен между анодным потенциалом и выходной мощностью MFC, работающего на ацетате . Критический анодный потенциал, по-видимому, обеспечивает максимальную выходную мощность. [67]

Потенциальные медиаторы включают натуральный красный, метиленовый синий, тионин и резоруфин. [68]

Организмы, способные вырабатывать электрический ток, называются экзоэлектрогенами . Чтобы превратить этот ток в пригодное для использования электричество, экзоэлектрогены должны быть размещены в топливном элементе.

Медиатор и микроорганизм, такой как дрожжи, смешиваются в растворе, к которому добавляется субстрат, такой как глюкоза . Эту смесь помещают в герметичную камеру, чтобы предотвратить попадание кислорода, тем самым заставляя микроорганизм осуществлять анаэробное дыхание . В раствор помещают электрод, который действует как анод.

Во второй камере МФЦ находится другой раствор и положительно заряженный катод. Это эквивалент кислородного стока в конце цепи переноса электронов, внешней по отношению к биологической клетке. Раствор является окислителем, который подхватывает электроны на катоде. Как и в случае с электронной цепью в дрожжевой клетке, это могут быть различные молекулы, такие как кислород, хотя более удобным вариантом является твердый окислитель, требующий меньшего объема.

Соединяющий два электрода провод (или другой электропроводящий путь). Завершение цепи и соединение двух камер осуществляется солевым мостиком или ионообменной мембраной. Эта последняя особенность позволяет протонам, полученным, как описано в уравнении 1 , проходить из анодной камеры в катодную.

Восстановленный медиатор переносит электроны из ячейки в электрод. Здесь медиатор окисляется, откладывая электроны. Затем они перетекают по проводу во второй электрод, который действует как поглотитель электронов. Отсюда они переходят в окисляющий материал. Также ионы водорода/протоны перемещаются от анода к катоду через протонообменную мембрану, такую ​​как Nafion . Они переместятся к более низкому градиенту концентрации и соединятся с кислородом, но для этого им нужен электрон. Это генерирует ток, а водород используется для поддержания градиента концентрации.

Было обнаружено, что биомасса водорослей дает большое количество энергии при использовании в качестве субстрата в микробных топливных элементах. [69]

Применение в восстановлении окружающей среды

Микробные топливные элементы (МТЭ) стали перспективными инструментами для восстановления окружающей среды благодаря своей уникальной способности использовать метаболическую активность микроорганизмов как для выработки электроэнергии, так и для разложения загрязняющих веществ. [70] МТЭ находят применение в различных контекстах восстановления окружающей среды. Одним из основных применений является биоремедиация, где электроактивные микроорганизмы на аноде МТЭ активно участвуют в разложении органических загрязняющих веществ, обеспечивая устойчивый и эффективный метод удаления загрязняющих веществ. Более того, МТЭ играют важную роль в очистке сточных вод, одновременно вырабатывая электроэнергию и улучшая качество воды за счет микробного разложения загрязняющих веществ. Эти топливные элементы могут быть развернуты на месте, что позволяет проводить непрерывную и автономную рекультивацию загрязненных участков. Кроме того, их универсальность распространяется на микробные топливные элементы осадка (SMFC), которые способны удалять тяжелые металлы и питательные вещества из отложений. [71] Интегрируя МТЭ с датчиками, они позволяют осуществлять удаленный мониторинг окружающей среды в сложных местах. Применение микробных топливных элементов в восстановлении окружающей среды подчеркивает их потенциал по преобразованию загрязняющих веществ в возобновляемый источник энергии, активно способствуя восстановлению и сохранению экосистем.

Проблемы и достижения

Микробные топливные элементы (МТЭ) обладают значительным потенциалом как устойчивые и инновационные технологии, но они не лишены своих проблем. Одним из основных препятствий является оптимизация производительности МТЭ, которая остается сложной задачей из-за различных факторов, включая микробное разнообразие, материалы электродов и конструкцию реактора. [72] Разработка экономически эффективных и долговечных материалов электродов представляет собой еще одно препятствие, поскольку она напрямую влияет на экономическую жизнеспособность МТЭ в более крупных масштабах. Кроме того, масштабирование МТЭ для практического применения создает инженерные и логистические проблемы. Тем не менее, текущие исследования в области технологии микробных топливных элементов продолжают устранять эти препятствия. Ученые активно изучают новые материалы электродов, улучшают микробные сообщества для повышения эффективности и оптимизируют конфигурации реакторов. Более того, достижения в области синтетической биологии и генной инженерии открыли возможности для проектирования пользовательских микробов с улучшенными возможностями переноса электронов, раздвигая границы производительности МТЭ. [73] Совместные усилия представителей различных дисциплин также способствуют более глубокому пониманию механизмов МФТ и расширению их потенциальных применений в таких областях, как очистка сточных вод, восстановление окружающей среды и устойчивое производство энергии.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Логан, Брюс Э.; Хамелерс, Берт; Розендаль, Рене; Шредер, Уве; Келлер, Юрг; Фрегия, Стефано; Элтерман, Питер; Верстрате, Вилли; Рабай, Корнель (2006). «Микробные топливные элементы: методология и технология». Environmental Science & Technology . 40 (17): 5181–5192. doi :10.1021/es0605016. PMID  16999087.
  2. ^ Badwal, Sukhvinder P. S; Giddey, Sarbjit S; Munnings, Christopher; Bhatt, Anand I; Hollenkamp, ​​Anthony F (2014). «Развивающиеся электрохимические технологии преобразования и хранения энергии». Frontiers in Chemistry . 2 : 79. Bibcode : 2014FrCh....2...79B. doi : 10.3389/fchem.2014.00079 . PMC 4174133. PMID  25309898. 
  3. ^ Мин, Буки; Ченг, Шаоань; Логан, Брюс Э. (2005). «Производство электроэнергии с использованием мембранных и солевых мостиковых микробных топливных элементов». Water Research . 39 (9): 1675–86. doi :10.1016/j.watres.2005.02.002. PMID  15899266.
  4. ^ "Пилотный завод MFC на пивоварне Fosters". Архивировано из оригинала 2013-04-15 . Получено 2013-03-09 .
  5. ^ Поттер, М. К. (1911). «Электрические эффекты, сопровождающие разложение органических соединений». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 84 (571): 260–76. Bibcode : 1911RSPSB..84..260P. doi : 10.1098/rspb.1911.0073 . JSTOR  80609.
  6. ^ Коэн, Б. (1931). «Бактериальная культура как электрическая полуклетка». Журнал бактериологии . 21 : 18–19.
  7. ^ DelDuca, MG, Friscoe, JM и Zurilla, RW (1963). Достижения в промышленной микробиологии. Американский институт биологических наук , 4, стр. 81–84.
  8. ^ Карубе, И.; Матасунга, Т.; Сузуки, С.; Цуру, С. (1976). «Непрерывное производство водорода иммобилизованными целыми клетками Clostridium butyricum ». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Общие предметы . 24 (2): 338–343. doi :10.1016/0304-4165(76)90376-7. PMID  9145.
  9. ^ Карубе, Исао; Мацунага, Тадаши; Цуру, Шинья; Судзуки, Шуичи (ноябрь 1977 г.). «Биохимические клетки, использующие иммобилизованные клетки Clostridium butyricum». Биотехнология и биоинженерия . 19 (11): 1727–1733. doi : 10.1002/bit.260191112 .
  10. ^ "Варка устойчивого энергетического решения". Университет Квинсленда, Австралия . Получено 26 августа 2014 г.
  11. ^ Аллен, Р. М.; Беннетто, Х. П. (1993). «Микробные топливные элементы: производство электроэнергии из углеводов». Прикладная биохимия и биотехнология . 39–40: 27–40. doi :10.1007/bf02918975. S2CID  84142118.
  12. ^ Пант, Д.; Ван Богарт, Г.; Дильс, Л.; Ванброеховен, К. (2010). «Обзор субстратов, используемых в микробных топливных элементах (МТЭ) для устойчивого производства энергии». Bioresource Technology . 101 (6): 1533–43. doi :10.1016/j.biortech.2009.10.017. PMID  19892549.
  13. ^ Lu, Z.; Chang, D.; Ma, J.; Huang, G.; Cai, L.; Zhang, L. (2015). «Поведение ионов металлов в биоэлектрохимических системах: обзор». Journal of Power Sources . 275 : 243–260. Bibcode : 2015JPS...275..243L. doi : 10.1016/j.jpowsour.2014.10.168.
  14. ^ О, С.; Логан, Б. Э. (2005). «Производство водорода и электроэнергии из сточных вод пищевой промышленности с использованием технологий ферментации и микробных топливных элементов». Water Research . 39 (19): 4673–4682. doi :10.1016/j.watres.2005.09.019. PMID  16289673.
  15. ^ Филиппон, Тимоте; Тиан, Цзянхао; Бюро, Кристель; Шомон, Седрик; Миду, Седрик; Турнебиз, Жюльен; Буше, Теодор; Барьер, Фредерик (2021-08-01). «Денитрифицирующие биокатоды, разработанные из сконструированных водно-болотных отложений, демонстрируют электроактивные биопленки, восстанавливающие нитрат, в которых доминируют роды Azoarcus и Pontibacter». Биоэлектрохимия . 140 : 107819. doi : 10.1016/j.bioelechem.2021.107819 . ISSN  1567-5394. PMID  33894567. S2CID  233390050. {{cite journal}}: |last3=имеет общее название ( помощь )
  16. ^ Pous, Narcís; Koch, Christin; Colprim, Jesús; Puig, Sebastià; Harnisch, Falk (2014-12-01). «Внеклеточный перенос электронов биокатодов: выявление потенциалов восстановления нитрата и нитрита денитрифицирующих микробиомов, в которых доминирует Thiobacillus sp». Electrochemistry Communications . 49 : 93–97. doi : 10.1016/j.elecom.2014.10.011. hdl : 10256/10827 . ISSN  1388-2481.
  17. ^ Subhas C Mukhopadhyay; Joe-Air Jiang (2013). «Применение микробных топливных элементов для питания сенсорных сетей для экологического мониторинга». Беспроводные сенсорные сети и экологический мониторинг . Интеллектуальные датчики, измерения и приборы. Том 3. Ссылка Springer. С. 151–178. doi :10.1007/978-3-642-36365-8_6. ISBN 978-3-642-36365-8.
  18. ^ Ван, Виктор Бочуань; Чуа, Сун-Линь; Цай, Чжао; Сивакумар, Кришнакумар; Чжан, Цичун; Кьеллеберг, Стаффан; Цао, Бин; Лу, Сэй Чье Йоахим; Ян, Лян (2014). «Стабильный синергический микробный консорциум для одновременного удаления азокрасителя и генерации биоэлектричества». Bioresource Technology . 155 : 71–6. doi :10.1016/j.biortech.2013.12.078. PMID  24434696.
  19. ^ Ван, Виктор Бочуань; Чуа, Сун-Лин; Цао, Бин; Севьор, Томас; Несаты, Виктор Дж.; Марсили, Энрико; Кьеллеберг, Стаффан; Гивсков, Майкл; Толкер-Нильсен, Тим; Сонг, Хао; Лу, Иоахим Сэй Чье; Янг, Лян (2013). "Разработка пути биосинтеза PQS для повышения производства биоэлектричества в топливных элементах микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa". PLOS ONE . 8 (5): e63129. Bibcode : 2013PLoSO...863129W. doi : 10.1371 /journal.pone.0063129 . PMC 3659106. PMID  23700414. 
  20. ^ "ZSL London Zoo испытывает первое в мире селфи с растениями". Зоологическое общество Лондона (ZSL) .
  21. ^ Venkata Mohan, S; Mohanakrishna, G; Srikanth, S; Sarma, PN (2008). «Использование биоэлектричества в микробных топливных элементах (МТЭ) с использованием аэрированного катода посредством анаэробной обработки химических сточных вод с использованием селективно обогащенного водорода, производящего смешанные консорциумы». Fuel . 87 (12): 2667–76. doi :10.1016/j.fuel.2008.03.002.
  22. ^ Venkata Mohan, S; Mohanakrishna, G; Reddy, B. Purushotham; Saravanan, R; Sarma, PN (2008). «Генерация биоэлектричества из химической очистки сточных вод в безмедиаторном (анодном) микробном топливном элементе (MFC) с использованием селективно обогащенной водородной продуцирующей смешанной культуры в ацидофильной микросреде». Biochemical Engineering Journal . 39 : 121–30. doi :10.1016/j.bej.2007.08.023.
  23. ^ Мохан, С. Венката; Вир Рагхавулу, С.; Шрикант, С.; Сарма, П. Н. (25 июня 2007 г.). «Производство биоэлектричества безмедиаторным микробным топливным элементом в ацидофильных условиях с использованием сточных вод в качестве субстрата: влияние скорости загрузки субстрата». Current Science . 92 (12): 1720–6. JSTOR  24107621.
  24. ^ Venkata Mohan, S; Saravanan, R; Raghavulu, S. Veer; Mohanakrishna, G; Sarma, PN (2008). «Производство биоэлектричества при очистке сточных вод в двухкамерном микробном топливном элементе (MFC) с использованием селективно обогащенной смешанной микрофлоры: влияние католита». Bioresource Technology . 99 (3): 596–603. doi :10.1016/j.biortech.2006.12.026. PMID  17321135.
  25. ^ Venkata Mohan, S; Veer Raghavulu, S; Sarma, PN (2008). «Биохимическая оценка процесса производства биоэлектричества из анаэробной очистки сточных вод в однокамерном микробном топливном элементе (MFC) с использованием мембраны из стекловаты». Биосенсоры и биоэлектроника . 23 (9): 1326–32. doi :10.1016/j.bios.2007.11.016. PMID  18248978.
  26. ^ Венката Мохан, С; Вир Рагхавулу, С; Сарма, ПН (2008). «Влияние роста анодной биопленки на производство биоэлектричества в однокамерном безмедиаторном микробном топливном элементе с использованием смешанных анаэробных консорциумов». Биосенсоры и биоэлектроника . 24 (1): 41–7. doi :10.1016/j.bios.2008.03.010. PMID  18440217.
  27. ^ Чой, Ё.; Юнг, С.; Ким, С. (2000). «Разработка микробных топливных элементов с использованием Proteus Vulgaris. Бюллетень Корейского химического общества». 21 (1): 44–8. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  28. ^ Юэ и Лоутер, 1986
  29. ^ Чен, Т.; Бартон, СК; Биньямин, Г.; Гао, З.; Чжан, И.; Ким, Х.-Х.; Хеллер, А. (сентябрь 2001 г.). «Миниатюрный биотопливный элемент». J Am Chem Soc . 123 (35): 8630–1. doi :10.1021/ja0163164. PMID  11525685.
  30. ^ Bullen RA, Arnot TC, Lakeman JB, Walsh FC (2006). «Биотопливные ячейки и их развитие» (PDF) . Биосенсоры и биоэлектроника . 21 (11): 2015–45. doi :10.1016/j.bios.2006.01.030. PMID  16569499.
  31. ^ Журнал Eos, Waterstof uit het riool, июнь 2008 г.
  32. ^ ab MudWatt. "Научный комплект MudWatt". MudWatt .
  33. ^ "ISMET – Международное общество микробной электрохимии и технологии". 4 сентября 2023 г.
  34. ^ Ким, Б. Х.; Чанг, И. С.; Гил, Г. К.; Парк, Х. С.; Ким, Х. Дж. (апрель 2003 г.). «Новый датчик БПК (биологической потребности в кислороде) с использованием микробного топливного элемента без посредника». Biotechnology Letters . 25 (7): 541–545. doi :10.1023/A:1022891231369. PMID  12882142. S2CID  5980362.
  35. ^ Чанг, Ин Соп; Мун, Хёнсу; Джанг, Джэ Кён; Ким, Бён Хонг (2005). «Улучшение производительности микробного топливного элемента в качестве датчика БПК с использованием респираторных ингибиторов». Биосенсоры и биоэлектроника . 20 (9): 1856–9. doi :10.1016/j.bios.2004.06.003. PMID  15681205.
  36. ^ Gong, Y., Radachowsky, SE, Wolf, M., Nielsen, ME, Girguis, PR, & Reimers, CE (2011). «Бентосный микробный топливный элемент как прямой источник питания для акустического модема и системы датчиков кислорода/температуры морской воды». Environmental Science and Technology . 45 (11): 5047–53. Bibcode : 2011EnST...45.5047G. doi : 10.1021/es104383q. PMID  21545151.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  37. ^ Biffinger, JC, Little, B., Pietron, J., Ray, R., Ringeisen, BR (2008). «Аэробные миниатюрные микробные топливные элементы». Обзор NRL : 141–42.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  38. ^ Пастернак, Гжегож; Гринман, Джон; Иеропулос, Иоаннис (2017-06-01). «Автономный биосенсор биологического потребления кислорода с автономным питанием для онлайн-мониторинга качества воды». Датчики и приводы B: Химические . 244 : 815–822. doi :10.1016/j.snb.2017.01.019. ISSN  0925-4005. PMC 5362149. PMID 28579695  . 
  39. ^ Хейне, Аннемик Тер; Лю, Фэй; Вейден, Рената ван дер; Вейма, Ян; Буйсман, Сис Дж. Н.; Хамелерс, Хубертус В.М. (2010). «Извлечение меди в сочетании с производством электроэнергии в микробном топливном элементе». Экологические науки и технологии . 44 (11): 4376–81. Бибкод : 2010EnST...44.4376H. дои : 10.1021/es100526g. ПМИД  20462261.
  40. ^ Heidrich, E. S; Dolfing, J; Scott, K; Edwards, S. R; Jones, C; Curtis, T. P (2012). «Производство водорода из бытовых сточных вод в пилотной микробной электролизной ячейке». Applied Microbiology and Biotechnology . 97 (15): 6979–89. doi :10.1007/s00253-012-4456-7. PMID  23053105. S2CID  15306503.
  41. ^ Чжан, Фэй, Хэ, Чжэнь, Ге, Чжэн (2013). «Использование микробных топливных элементов для обработки сырого ила и первичных стоков для производства биоэлектричества». Кафедра гражданского строительства и механики; Университет Висконсина – Милуоки .{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  42. ^ K. Rabaey et al.: Биотопливные клетки выбирают микробные консорциумы, которые сами осуществляют перенос электронов. В: Appl. Environ. Microbiol. , Volume 70, Nr. 9, 2004, S. 5373–5382.
  43. ^ Delaney, GM; Bennetto, HP; Mason, JR; Roller, SD; Stirling, JL; Thurston, CF (2008). «Электронно-переносное сопряжение в микробных топливных элементах. 2. Характеристики топливных элементов, содержащих выбранные комбинации микроорганизм-медиатор-субстрат». Журнал химической технологии и биотехнологии. Биотехнология . 34 : 13–27. doi :10.1002/jctb.280340104.
  44. ^ Литгоу, AM, Ромеро, L., Санчес, IC, Соуто, FA и Вега, CA (1986). Перехват цепи переноса электронов у бактерий с помощью гидрофильных окислительно-восстановительных медиаторов. J. Chem. Research, (S):178–179.
  45. ^ Ким, Б. Х.; Ким, Х. Дж.; Хён, М. С.; Парк, Д. Х. (1999a). «Прямая электродная реакция бактерии, восстанавливающей Fe (III), Shewanella putrefacience» (PDF) . J Microbiol Biotechnol . 9 : 127–131. Архивировано из оригинала (PDF) 2004-09-08.
  46. ^ Pham, CA; Jung, SJ; Phung, NT; Lee, J.; Chang, IS; Kim, BH; Yi, H.; Chun, J. (2003). «Новая электрохимически активная и восстанавливающая Fe(III) бактерия, филогенетически связанная с Aeromonas hydrophila, выделенная из микробного топливного элемента». FEMS Microbiology Letters . 223 (1): 129–134. doi : 10.1016/S0378-1097(03)00354-9 . PMID  12799011.
  47. ^ "Rasierapparate • plantpower.eu • 2021". plantpower.eu . Архивировано из оригинала 10 марта 2011 г.
  48. ^ "Экологические технологии". Wageningen UR . 2012-06-06.
  49. ^ Strik, David PBT B; Hamelers (Bert), HV M; Snel, Jan F. H; Buisman, Cees J. N (2008). «Зеленое производство электроэнергии с живыми растениями и бактериями в топливном элементе». International Journal of Energy Research . 32 (9): 870–6. doi :10.1002/er.1397. S2CID  96849691.
  50. ^ "Центр передового управления водными ресурсами". Центр передового управления водными ресурсами .
  51. ^ «DailyTech – Микробное производство водорода грозит вымиранием этаноловому динозавру».
  52. ^ Nevin Kelly P.; Woodard Trevor L.; Franks Ashley E.; et al. (Май–Июнь 2010 г.). «Микробный электросинтез: подача микробам электричества для преобразования углекислого газа и воды в многоуглеродные внеклеточные органические соединения». mBio . 1 (2): e00103–10. doi :10.1128/mBio.00103-10. PMC 2921159 . PMID  20714445. 
  53. ^ Сюй, Боцзюнь; Ге, Чжэн; Хэ, Чжэнь (2015). «Микробные топливные элементы на основе осадка для очистки сточных вод: проблемы и возможности». Науки об окружающей среде: водные исследования и технологии . 1 (3): 279–84. doi : 10.1039/C5EW00020C . hdl : 10919/64969 .
  54. ^ Кларк, Хелен (2 марта 2015 г.). «Очистка сточных вод от нефтяных и газовых операций с использованием микробной батареи». Gizmag.
  55. ^ Боррас, Эдуард. «Новые технологии микробного опреснения готовы к выходу на рынок». Блог проектов Leitat . Получено 9 октября 2020 г.
  56. ^ Элизабет, Элми (2012). «ГЕНЕРАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА «ПРИРОДНЫМ ПУТЕМ»». Интернет-журнал SALT 'B' . 1. Архивировано из оригинала 18.01.2013.
  57. ^ Strik, David PBTB; Timmers, Ruud A; Helder, Marjolein; Steinbusch, Kirsten JJ; Hamelers, Hubertus VM; Buisman, Cees JN (2011). «Микробные солнечные элементы: применение фотосинтетических и электрохимически активных организмов». Trends in Biotechnology . 29 (1): 41–9. doi :10.1016/j.tibtech.2010.10.001. PMID  21067833.
  58. ^ Бомбелли, Паоло; Брэдли, Роберт В.; Скотт, Аманда М.; Филипс, Александр Дж.; Маккормик, Алистер Дж.; Круз, Соня М.; Андерсон, Александр; Юнус, Камран; Бендалл, Дерек С.; Кэмерон, Петра Дж.; Дэвис, Джулия М.; Смит, Элисон Г.; Хоу, Кристофер Дж.; Фишер, Адриан С. (2011). «Количественный анализ факторов, ограничивающих преобразование солнечной энергии Synechocystis sp. PCC 6803 в биологических фотоэлектрических устройствах». Энергетика и наука об окружающей среде . 4 (11): 4690–8. doi :10.1039/c1ee02531g.
  59. ^ "Миниатюрные микробные топливные элементы". Technology Transfer Office . Получено 30 ноября 2014 г.
  60. ^ Биффингер, Джастин С.; Рэй, Рики; Литтл, Бренда; Рингайзен, Брэдли Р. (2007). «Диверсификация конструкции биологических топливных элементов с использованием нанопористых фильтров». Environmental Science and Technology . 41 (4): 1444–49. Bibcode : 2007EnST...41.1444B. doi : 10.1021/es061634u. PMID  17593755.
  61. ↑ Шабиба, Антру (5 января 2016 г.). «Семинар 2». Поделиться слайдом .
  62. ^ ab Пастернак, Гжегож; Гринман, Джон; Иеропулос, Иоаннис (2016). «Комплексное исследование керамических мембран для недорогих микробных топливных элементов». ChemSusChem . 9 (1): 88–96. doi :10.1002/cssc.201501320. PMC 4744959 . PMID  26692569. 
  63. ^ Behera, Manaswini; Jana, Partha S; Ghangrekar, MM (2010). «Оценка производительности недорогого микробного топливного элемента, изготовленного с использованием глиняного горшка с биотическим и абиотическим катодом». Bioresource Technology . 101 (4): 1183–9. doi :10.1016/j.biortech.2009.07.089. PMID  19800223.
  64. ^ Уинфилд, Джонатан; Гринман, Джон; Хасон, Дэвид; Иеропулос, Иоаннис (2013). «Сравнение терракоты и фаянса для множественных функций в микробных топливных элементах». Биопроцессная и биосистемная инженерия . 36 (12): 1913–21. doi :10.1007/s00449-013-0967-6. PMID  23728836. S2CID  206992845.
  65. ^ Беннетто, HP (1990). «Производство электроэнергии микроорганизмами» (PDF) . Биотехнологическое образование . 1 (4): 163–168.
  66. ^ Айер, Картик С. (18.01.2020). «Как происходит перенос электронов в микробных топливных элементах?». World Journal of Microbiology & Biotechnology . 36 (2): 19. doi :10.1007/s11274-020-2801-z. ISSN  1573-0972. PMID  31955250.
  67. ^ Ченг, Ка Ю; Хо, Гоен; Корд-Рувиш, Ральф (2008). «Сродство биопленки микробного топливного элемента к анодному потенциалу». Environmental Science & Technology . 42 (10): 3828–34. Bibcode : 2008EnST...42.3828C. doi : 10.1021/es8003969. PMID  18546730.
  68. ^ Беннетто, Х. Питер; Стирлинг, Джон Л; Танака, Казуко; Вега, Кармен А (1983). «Анодные реакции в микробных топливных элементах». Биотехнология и биоинженерия . 25 (2): 559–68. doi :10.1002/bit.260250219. PMID  18548670. S2CID  33986929.
  69. ^ Рашид, Наим; Куй, Ю-Фэн; Саиф Ур Рехман, Мухаммад; Хан, Чон-Ин (2013). «Улучшенная генерация электроэнергии с использованием биомассы водорослей и активированного ила в микробном топливном элементе». Science of the Total Environment . 456–457: 91–4. Bibcode : 2013ScTEn.456...91R. doi : 10.1016/j.scitotenv.2013.03.067. PMID  23584037.
  70. ^ Банкефа, Олуфеми Эммануэль; Оладеджи, Сейе Джулиус; Айилара-Аканде, Симбиат Олуфунке; ​​Ласиси, Модупе Мариам (июнь 2021 г.). «Микробное искупление «злых» дней: глобальная оценка продовольственной безопасности». Журнал пищевой науки и технологии . 58 (6): 2041–2053. doi :10.1007/s13197-020-04725-7. PMC 8076430 . 
  71. ^ Шабангу, Кая; Бакаре, Бабатунде; Бвапва, Джозеф (1 ноября 2022 г.). «Микробные топливные элементы для получения электроэнергии: перспективы масштабирования и возможности применения в южноафриканской энергетической сети». Устойчивость . 14 (21): 14268. doi : 10.3390/su142114268 .
  72. ^ Чой, Сокхын (июль 2015 г.). «Микромасштабные микробные топливные элементы: достижения и проблемы». Биосенсоры и биоэлектроника . 69 : 8–25. doi :10.1016/j.bios.2015.02.021.
  73. ^ Хэ, Ли; Ду, Пэн; Чэнь, Ичжун; Лу, Хунвэй; Чэн, Си; Чан, Бэй; Ван, Чжэн (май 2017 г.). «Достижения в области микробных топливных элементов для очистки сточных вод». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 71 : 388–403. doi :10.1016/j.rser.2016.12.069.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки