Vad är en biobränslecell?

En biobränslecell är en anordning som använder biologiska material för att generera elektricitet på ett direkt sätt genom redoxreaktioner.Detta står i kontrast till konventionell användning av biobränslen för att generera elektricitet från värmen som tillhandahålls genom förbränning av materialet.Principen bakom biobränsleteknologi är att härma olika naturliga processer som används för att producera energi inom levande organismer.I vissa fall kan bakterier spela en roll i dessa bränsleceller.Från och med 2011 visar biobränsleceller potentialen som en alternativ energikälla och i olika medicinska och bioingenjörer.Enzymer underlättar reaktionerna, i vilka kolhydrater omvandlas till koldioxid och vatten genom avlägsnande av elektroner, som sedan lagras i adenosintrifosfat (ATP) molekyler.I en biobränslecell, elektroner producerade genom oxidation av organiska molekyler och mdash;vanligtvis kolhydrater, som i levande organismer mdash;används för att generera en elektrisk ström.Idén att använda dessa biologiska processer för att generera elektricitet har funnits sedan 1960 -talet, men tidiga försök att konstruera en praktisk, arbetande biobränslecell som stöter på svårigheter.

En biobränslecell kommer vanligtvis att bestå av en behållare uppdelad i två sektioner med en permeabel barriär.I ett avsnitt, oxidationen av ett kolhydrat mdash;till exempel glukos mdash;Ger elektroner.I det andra avsnittet sker en reduktionsreaktion, som använder dessa elektroner.Genom att ansluta de två elektroderna kan en ström göras från elektroden i oxidationssektionen mdash;anoden mdash;till elektroden i reduktionsavsnittet mdash;Katoden.

Ett av de största praktiska problemen som hindrar utvecklingen av biobränsleceller har varit att hitta ett effektivt sätt att få elektronerna frisatta från kolhydratet till anoden.Elektronerna lagras initialt i det oxiderande enzymet och skulle i den naturliga processen överföras kemiskt till ATP -molekyler.Det finns två möjliga metoder för att extrahera elektroner från enzymet i anoden i en biobränslecell.

I metoden Direct Electron Transfer (Det) måste enzymet bindas på anoden.Detta kan göras kemiskt eller med andra metoder, såsom att konstruera anoden från ett nät av kolananorör på vilka enzymet adsorberas.Dessa metoder resulterar i minskad aktivitet i enzymet och följaktligen förlust av effektivitet, men detta är vid skrivande stund ett område med pågående forskning och förbättrade tekniker kan utvecklas.

Den andra metoden för elektronöverföring kallas medierad elektronÖverföring (Met).Detta kräver inte att enzymet är i kontakt med anoden;Istället överförs elektronerna till en annan molekyl med en lägre redoxpotential, som sedan ger upp elektronerna till anoden.Denna förening, känd som en mediator, måste också ha en högre redoxpotential än anoden.Detta extra steg innebär en förlust av energi och så är bränslecellen i praktiken mindre effektiv än den kan vara i teorin.

Biobränsleceller är ett område med aktiv forskning och olika möjliga lösningar på dessa problem undersöks.Bland möjligheterna är användningen av bakterier i mikrobiella bränsleceller.Järnreducerande bakterier som lever i anaeroba förhållanden visar särskilt löfte eftersom de naturligtvis minskar järn i dess +3 oxidationstillstånd till dess +2 oxidationstillstånd.Järnen kan sedan ge upp en elektron vid anoden, återvända till sitt +3-tillstånd och fungera som en naturlig mediatormolekyl genom att överföra elektroner från bakterierna till anoden., Behöver inte dyra katalysatorer och använd vanliga, billiga och lätt förnybara råvaror.De största nackdelarna medBiobränsleceller är deras ineffektivitet och låg effekt.Från och med 2011 finns det förhoppningar om att dessa problem kan övervinnas och öppna upp ett nytt utbud av möjligheter.Dessa inkluderar inte bara billig, ren och förnybar energi, utan också utsikterna för implanterade biobränsleceller, som körs på ämnen som produceras av kroppen, som används för att driva medicinska apparater som pacemaker.