هذه المقالة يتيمة. ساعد بإضافة وصلة إليها في مقالة متعلقة بها

خلايا التحليل الكهربي الميكروبية

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
خلية التحليل الكهربائي الميكروبية

خلية التحليل الكهربائي الميكروبية (MEC) هي تقنية مرتبطة بتقنية خلايا الوقود الميكروبية (MFC). فبينما توَلد خلايا الوقود الميكروبية تيارًا كهربائيًا من خلال عملية التحليل الميكروبي للمركبات العضوية، تقوم خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية بعكس هذه العملية لإنتاج الهيدروجين أو الميثان من المواد العضوية بتمرير تيار كهربائي عليها. يمكن توليد التيار الكهربائي بطريقة مثالية باستخدام مصدر طاقة متجدد. ويستخدَم الهيدروجين أو الميثان اللذان تم إنتاجهما لتوليد طاقة كهربائية بواسطة خلية إضافية لوقود غشاء تبادل البروتون (PEM)، أو باستخدام محرك احتراق داخلي.

خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية[عدل]

تعتمد نظم خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية على عدة مكونات:

الكائنات الدقيقة - وتكون متصلة بالكاثود. ويحدد نوع الكائنات الدقيقة المنتجات وكفاءة خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية.

المواد - قد تكون مواد الأنود الموجودة في خلايا الوقود الميكروبية هي ذاتها الموجودة في خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية، مثل الأقمشة الكربونية، وورق الكربون، وصوف الجرافيت، وحبيبات الجرافيت، وفرش الجرافيت. كما يمكن استخدام البلاتين كعامل حفاز لتقليل فرط الجهد الكهربائي اللازم لإنتاج الهيدروجين. ولكن التكلفة الباهظة للبلاتين تدفع إلى البحث في استخدام الكاثود الحيوي كبديل. وتتضمن مواد أخرى الأغشية (على الرغم من أنّ بعض خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية خالية من الأغشية)، وكذلك أنظمة لتجميع وتعبئة الغاز الناتج في أنابيب.[1]

إنتاج الهيدروجين[عدل]

تصدر الكائنات الدقيقة التي تستهلك مصدر طاقة (مثل حمض الخليك) الإلكترونات والبروتونات/ مما يولد جهدًا كهربائيًا يصل إلى 0.3 فولت. ويعد هذا الجهد كافيًا لتوليد طاقة كهربائية في خلية وقود ميكروبية تقليدية. ولكن بالنسبة لخلية التحليل الكهربائي الميكروبية، يتم تقديم جهد إضافي للخلية من مصدر خارجي. وهذا الجهد الناتج من هذا الجمع يكفي اختزال البروتونات ومن ثَمّ إنتاج غاز الهيدروجين. ونتيجة لاشتقاق جزء من الطاقة المستخدمة في عملية الاختزال يُستمَد من النشاط البكتيري، فإنّ إجمالي مقدار الطاقة الكهربائية اللازم توفيرها يكون أقل منها في عمليات الكهرلة، التي تتم في غياب الميكروبات. ووصل إنتاج الهيدروجين إلى 3.12 m3H2/m3d بجهد كهربائي داخلي يساوي 0.8 فولت. تعتمد كفاءة إنتاج الهيدروجين على المواد العضوية المستخدمة. فحمضا اللاكتيك والخليك يحققان نسبة كفاءة 82%، بينما ينتج السليلوز والجلوكوز غير المجهزين قيمًا تقترب من 63%،
وتتراوح نسبة كفاءة التحليل الكهربائي للماء العادي من بين 60 إلى 70 في المائة. حيث تحول خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية الكتل الحيوية غير الصالحة للاستعمال إلى هيدروجين يمكن توظيفه، فيكون ناتج الطاقة التي يمكن استخدامها أعلى بنسبة 144% من الطاقة المستهلكة كطاقة كهربائية.
كما يمكن بآلية مشابهة إنتاج غاز الميثان كذلك، اعتمادًا على نوعية الكائنات الحية التي تستخدم في المهبط.

العمليات الحسابية
يتم حساب إجمالي الهيدروجين بمعادلة RH2 = CERCat. كفاءة الشحنة الكهربائية هي CE=(nCE/nth)، بينما nth هي عدد مولات الهيدروجين التي يمكن إنتاجها نظريًا وnCE = CP/(2F) هي عدد المولات من الهيدروجين التي يمكن إنتاجها من التيار الكهربائي المحسوب، وCP هي الشحنة الكهربائية الناتجة عن قسمة التيار الكهربائي على الوقت، وF ثابت فاراداي، و الـ 2 هي عدد المولات من الإلكترونات لكل مول من الهيدروجين. الهيدروجين الذي تمت استعادته من الكاثود يحسب كالتالي RCat = nH2/nCE، بينما nH2 هو إجمالي عدد المولات من الهيدروجين الذي تم إنتاجه. عائد الهيدروجين (YH2) تم حسابه كالتالي YH2 = nH2 /ns، على أنّ ns هو مقدار النزع السفلي المحسوب استنادًا إلى الطلب من الأوكسجين الكيميائي (22).[2]

الاستخدامات[عدل]

يمكن استخدام كل من الهيدروجين والميثان كبدائل للوقود الحفري في المحركات ذات الاحتراق الداخلي أو في توليد الطاقة. وكما في خلايا الوقود الميكروبية أو النباتات المولدة للإيثانول الحيوي، تحمل خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية إمكانية تحويل النفايات العضوية إلى مصادر هامة للطاقة. كذلك يمكن دمج الهيدروجين مع النيتروجين في الهواء الجوي لإنتاج غاز النشادر الذي يستخدم في صناعة أسمدة الأمونيوم. كذلك تم اقتراح غاز النشادر كبديل عملي للوقود الحفري في المحركات ذات الاحتراق الداخلي.[3]

المراجع[عدل]

وصلات خارجية[عدل]