Hva er en biodrivstoffcelle?

En biodrivstoffcelle er en enhet som bruker biologiske materialer for å generere strøm på en direkte måte gjennom redoksreaksjoner.Dette står i kontrast til konvensjonell bruk av biodrivstoff for å generere strøm fra varmen levert ved forbrenning av materialet.Prinsippet bak biodrivstoffcelleteknologi er å etterligne forskjellige naturlige prosesser som brukes til å produsere energi innen levende organismer.I noen tilfeller kan bakterier spille en rolle i disse brenselcellene.Fra 2011 viser biodrivstoffceller potensial som en alternativ energikilde og i forskjellige medisinske og bioingeniørende applikasjoner.

Levende organismer oppnår energi fra oksidasjon av karbohydrater, som genereres av fotosyntese i planter og inntatt som mat av dyr.Enzymer letter reaksjonene, der karbohydrater omdannes til karbondioksid og vann ved fjerning av elektroner, som deretter lagres i adenosintrifosfat (ATP) molekyler.I en biodrivstoffcelle, elektroner produsert ved oksidasjon av organiske molekyler og mdash;Vanligvis karbohydrater, som i levende organismer og mdash;brukes til å generere en elektrisk strøm.Ideen om å bruke disse biologiske prosessene for å generere elektrisitet har eksistert siden 1960 -tallet, men tidlige forsøk på å konstruere en praktisk, fungerende biodrivstoffcelle har vansker..I en seksjon er oksidasjonen av et karbohydrat mdash;For eksempel glukose mdash;gir elektroner.I den andre delen finner en reduksjonsreaksjon sted, som bruker disse elektronene.Ved å koble de to elektrodene, kan en strøm lages fra elektroden i oksidasjonsseksjonen og mdash;Anode mdash;til elektroden i reduksjonsseksjonen og mdash;Katoden.

Et av de største praktiske problemene som hindrer utviklingen av biodrivstoffceller har vært å finne en effektiv måte å få elektronene som frigjøres fra karbohydratet inn i anoden.Elektronene lagres opprinnelig i oksidasjonsenzymet og vil i den naturlige prosessen overføres kjemisk til ATP -molekyler.Det er to mulige metoder for å trekke ut elektroner fra enzymet inn i anoden i en biodrivstoffcelle.

I den direkte elektronoverføringsmetoden (DET), må enzymet limes på anoden.Dette kan gjøres kjemisk eller ved andre metoder, for eksempel å konstruere anoden fra et nett av karbon nanorør som enzymet er adsorbert.Disse metodene resulterer i redusert aktivitet i enzymet og påfølgende tap av effektivitet, men dette er i skrivende stund et område med pågående forskning og forbedrede teknikker kan utvikles.

Den andre metoden for elektronoverføring er kjent som mediert elektronOverføring (Met).Dette krever ikke at enzymet er i kontakt med anoden;I stedet føres elektronene til et annet molekyl med et lavere redokspotensial, som deretter gir opp elektronene til anoden.Denne forbindelsen, kjent som en mekler, må også ha et høyere redokspotensial enn anoden.Dette ekstra trinnet innebærer tap av energi, og derfor er brenselcellen i praksis mindre effektivt enn det kan være i teorien.

.Blant mulighetene er bruken av bakterier i mikrobielle brenselceller.Jern som reduserer bakterier som lever under anaerobe forhold, viser særlig løfte da de naturlig reduserer jern i sin +3 oksidasjonstilstand til sin +2 oksidasjonstilstand.Jernet kan da gi fra seg et elektron ved anoden, gå tilbake til sin +3-tilstand og fungere som et naturlig formidlermolekyl ved å overføre elektroner fra bakteriene til anoden. De viktigste fordelene med biodrivstoffceller er at de ikke-forurensende, trenger ikke dyre katalysatorer og bruk vanlige, billige og lett fornybare råvarer.De viktigste ulempene medBiodrivstoffceller er deres ineffektivitet og lav effekt.Fra 2011 er det imidlertid håp om at disse problemene kan overvinnes, og åpner opp et nytt utvalg av muligheter.Disse inkluderer ikke bare billig, ren og fornybar energi, men også utsiktene til implanterte biodrivstoffceller, som kjører på stoffer produsert av kroppen, som brukes til å drive medisinsk utstyr som pacemakere.