:

مدلسازی ریاضی پیل های سوختی میکروبی این امکان را فراهم می سازد که محققین با تغییر پارامترهای تاثیرگذار بر راندمان پیل های سوختی میکروبیولوژیکی و بدون انجام آزمایشات متعدد و زمان بر بتوانند تغییرات حاصل در توان تولید شده را پیش بینی نموده و به اصلاح طرح خود بپردازند. در این تحقیق سعی شده است مدلی مناسب برای پیش بینی چنین تغییراتی ارائه شود.

فصل اول: درآمدی بر پیل سوختی میکروبیولوژیکی

1-1- مفاهیم

افزایش روزافزون استفاده بی رویه از سوخت های فسیلی، جهان را با بحران انرژی ماجه ساخته است. انرژی تجدیدپذیر بیولوژیکی یکی از گزینه های مناسب برای جبران بخشی لز نیاز جوامع بشری به انرژی می باشد. اخیرا”، مطالعات زیادی برای توسعه روش های مختلف تولید انرژی انجام می گردد. در این میان، تولید الکتریسیته از منابع تجدیدپذیر که دی اکسیدکربن به محیط انتشار نمی کند بیش از هر روش دیگری مورد توجه است (Lovley، 2006، Davis و Hingson، 2007). اخیرا”، تکنولوژی پیل های سوختی میکروبی، MFCها، که انرژی ذخیره شده در پیوندهای ترکیبات آلی را از طریق واکنشهای کاتالیستی توسط میکروارگانیسم ها به انرژی الکتریکی تبدیل می کند مورد توجه ویژه ای واقع شده است (Allen و Bennetto، 1993؛ Gil و همکارانش، 2003؛ Moon و همکارانش، 2006؛ Choi و همکارانش، 2003).

باکتری های مورد استفاده در MFC ها قادر به تولید الکتریسیته می باشند و این در حالیست که همزمان، پساب و مواد آلی را به روش های بیولوژیکی تجزیه می کنند (Park و Zeikus، 2000؛ Oh و logan، 2005). شکل 1-1 نمای شماتیک یک MFC را نمایش می دهد که به منظور تولید الکتریسیته به کار برده شده است.

همانطوریکه از شکل پیداست، یک MFC شامل سلول های آند و کاتد می باشد که توسط یک غشای تبادل پروتون (PEM) از هم جدا شده اند (Wilkinson،2000؛ Gil و همکارانش، 2003).

2-1- مروری بر واسط های حمل الکترون در MFC ها

G.metallireducens، G.sulfurreducens (Gregory و همکارانش، 2004) و یا سایر بیوفیلم های دریایی (Bergel و همکارانش، 2005) می توانند آخرین الکترون گیرنده هایی باشند که  الکترون ها را از کاتد، که نقش الکترون دهنده را دارد، بگیرند. MFC های بدون واسط (mediator-less MFCs) در تصفیه فاضلاب و تولید توان بسیار

خرید اینترنتی فایل متن کامل :

 

 

 مناسب می باشند چرا که در این MFC ها هزینه واسط حذف شده است (Ieropoulos و همکارانش، a2005).

3-1- میکروب هایی که در پیل های سوختی میکروبی کاربرد دارند

خیلی از میکرو ارگانیسم ها توانایی انتقال الکترون های حاصل از متابولیسم مواد آلی به آند را دارند. یک لیست از این دسته از میکروب ها و سوبسترا (substrate) مربوطه در جدول 1-1 آمده است.

S.putrefaciens، G.sulferreducens، G.metallireducens و R.ferrireducens با بهره گرفتن از این سیستم الکترونها را به الکترود جامد (آند) منتقل می کنند. با وجود اینکه اغلب MFC های بدون واسط واقعی با میکروارگانیسم های کاهنده فلزی عمل می کنند اما یک مورد استثنایی با Clostridiumbutyricum (Oh و Logan، 2006؛ Park و همکارانش، 2001) گزارش شد. واسط هایی نظیر مولکول های رنگ و مواد هیومیک (humic substances) نیز بر MFC های بدون واسط تاثیر بسزایی دارند. حتی با وجود اینکه آندوفیل ها (Anodophiles) قادر به انتقال مستقیم الکترون ها به آند خصوصا” در مراحل اولیه تشکیل بیوفیلم می باشند، واسط های الکترون مانند Mn⁴⁺ و یا قرمز خنثی (NR) که در ارتباط با آند عمل می کنند با بهره گرفتن از آندوفیل S.putrefaciens کارایی MFC ها را به طور قابل ملاحظه ای افزایش می دهند (Park و Zeikus، 2002). واسط ها نقشی مهم برای میکروب هایی که قادر به انتقال الکترون به آند نیستند ایفا می کنند. شکل 1-3 فرایندهای بنیادی را نشان می دهد (Lovley و همکارانش، 1996؛ Ieropoulos و همکارانش، a2005).