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] В катодной реакции используются 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]

Для питания топливного элемента можно использовать практически любой органический материал, 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 вспять, чтобы вырабатывать водород или метан, прикладывая напряжение к бактериям. Это дополняет напряжение, вырабатываемое микробным разложением органики, что приводит к электролизу воды или образованию метана. [50] [51] Полная противоположность принципу 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 на поверхности 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) были применены 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 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 подбирает 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, который требует меньшего объема.

Соединяющий два электрода провод (или другой электропроводящий путь). Завершение цепи и соединение двух камер — солевой мостик или ионообменная мембрана. 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. Bibcode : 2005WatRe..39.1675M. 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. Bibcode : 2010BiTec.101.1533P. 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. Bibcode : 2005WatRe..39.4673O. doi : 10.1016/j.watres.2005.09.019. PMID  16289673.
  15. ^ Филиппон, Тимоте; Тянь, Цзянхао; Бюро, Кристель; Шомон, Седрик; Миду, Седрик; Турнебиз, Жюльен; Буше, Теодор; Барьер, Фредерик (01 августа 2021 г.). «Денитрифицирующие биокатоды, разработанные из отложений водно-болотных угодий, демонстрируют электроактивные биопленки, восстанавливающие нитраты, 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. Bibcode : 2014BiTec.155...71W. 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. Bibcode :2008Fuel...87.2667V. 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 (1): 121–30. Bibcode : 2008BioEJ..39..121V. 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 из очистки сточных вод в двухкамерном микробном топливном элементе (MFC) с использованием селективно обогащенной смешанной микрофлоры: влияние католита». Bioresource Technology . 99 (3): 596–603. Bibcode : 2008BiTec..99..596V. 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. ^ Chen, T.; Barton, SC; Binyamin, G.; Gao, Z.; Zhang, Y.; Kim, H.-H.; Heller, A. (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.
  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. Bibcode : 2017SeAcB.244..815P. 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 ячейке микробного электролиза». Прикладная микробиология и биотехнология . 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. Bibcode : 2008IJER...32..870S. 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 (8 октября 2020 г.). «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. Bibcode :2016ChSCh...9...88P. 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. Bibcode : 2010BiTec.101.1183B. 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. PMID  33967303 . 
  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. PMID  25703724.
  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. Bibcode : 2017RSERv..71..388H. doi : 10.1016/j.rser.2016.12.069.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки