Wat is een biobrandstofcel?

Een biobrandstofcel is een apparaat dat biologische materialen gebruikt om elektriciteit op een directe manier te genereren door redoxreacties.Dit staat in contrast met het conventionele gebruik van biobrandstoffen om elektriciteit te genereren uit de warmte die wordt geboden door verbranding van het materiaal.Het principe achter biofuelceltechnologie is om verschillende natuurlijke processen na te bootsen die worden gebruikt om energie te produceren binnen levende organismen.In sommige gevallen kunnen bacteriën een rol spelen in deze brandstofcellen.Vanaf 2011 vertonen biobrandstofcellen potentieel als een alternatieve energiebron en in verschillende medische en bio -engineering -toepassingen.

Levende organismen verkrijgen energie van de oxidatie van koolhydraten, die worden gegenereerd door fotosynthese in planten en ingenomen als voedsel door dieren.Enzymen vergemakkelijken de reacties, waarbij koolhydraten worden omgezet in koolstofdioxide en water door het verwijderen van elektronen, die vervolgens worden opgeslagen in moleculen van adenosine trifosfaat (ATP).In een biobrandstofcel, elektronen geproduceerd door de oxidatie van organische moleculen mdash;Meestal koolhydraten, zoals in levende organismen mdash;worden gebruikt om een elektrische stroom te genereren.Het idee om deze biologische processen te gebruiken om elektriciteit te genereren is al sinds de jaren zestig, maar vroege pogingen om een praktische, werkende biobrandstofcel te construeren ondervindt problemen..In één sectie is de oxidatie van een koolhydraat mdash;Glucose mdash;Biedt elektronen.In het andere gedeelte vindt een reductiereactie plaats, die deze elektronen gebruikt.Door de twee elektroden aan te sluiten, kan een stroom worden gemaakt van de elektrode in de oxidatiesectie mdash;de anode mdash;naar de elektrode in de reductiesectie mdash;De kathode.

Een van de grootste praktische problemen die de ontwikkeling van biobrandstofcellen belemmeren, is een efficiënte manier om de elektronen uit de koolhydraten in de anode te krijgen.De elektronen worden aanvankelijk opgeslagen in het oxiderende enzym en zouden in het natuurlijke proces chemisch worden overgebracht naar ATP -moleculen.Er zijn twee mogelijke methoden voor het extraheren van elektronen uit het enzym in de anode in een biobrandstofcel.

In de methode Direct Electron Transfer (DET) moet het enzym op de anode worden gebonden.Dit kan chemisch of volgens andere methoden worden gedaan, zoals het construeren van de anode uit een gaas van koolstofnanobuizen waarin het enzym wordt geadsorbeerd.Deze methoden resulteren in verminderde activiteit in het enzym en het daaruit voortvloeiende verlies van efficiëntie, maar dit is op het moment van schrijven een gebied van voortdurend onderzoek en verbeterde technieken kunnen worden ontwikkeld.

De andere methode voor elektronenoverdracht staat bekend als gemedieerd elektronOverdracht (MET).Dit vereist niet dat het enzym in contact staat met de anode;In plaats daarvan worden de elektronen doorgegeven aan een ander molecuul met een lagere redoxpotentiaal, die vervolgens de elektronen op de anode opgeeft.Deze verbinding, bekend als een bemiddelaar, moet ook een hoger redoxpotentieel hebben dan de anode.Deze extra stap omvat een verlies van energie en dus is de brandstofcel in de praktijk minder efficiënt dan in theorie.

biobrandstofcellen zijn een gebied van actief onderzoek en verschillende mogelijke oplossingen voor deze problemen worden onderzocht.Een van de mogelijkheden is het gebruik van bacteriën in microbiële brandstofcellen.IJzerreducerende bacteriën die in anaërobe omstandigheden leven, vertonen een bijzondere belofte omdat ze op natuurlijke wijze ijzer in zijn +3 oxidatietoestand verminderen tot zijn +2 oxidatietoestand.Het ijzer kan vervolgens een elektron opgeven aan de anode, terugkeren naar zijn +3 toestand en fungeert als een natuurlijk mediatormolecuul door elektronen van de bacteriën naar de anode over te brengen.

De belangrijkste voordelen van biobrandstoffen zijn dat ze niet-bestrating zijn, vereisen geen dure katalysatoren en gebruik gemeenschappelijke, goedkope en gemakkelijk hernieuwbare grondstoffen.De belangrijkste nadelen vanBiobrandstofcellen zijn hun inefficiëntie en een laag vermogen.Vanaf 2011 is er echter hoop dat deze problemen kunnen worden opgelost, waardoor een nieuw assortiment mogelijkheden worden geopend.Deze omvatten niet alleen goedkope, schone en hernieuwbare energie, maar ook het vooruitzicht van geïmplanteerde biobrandstoffen, die worden uitgevoerd op stoffen die door het lichaam worden geproduceerd, worden gebruikt om medische hulpmiddelen zoals pacemakers van stroom te voorzien.