생체 전기성은 대사 활동의 결과로 전기 화학적 활성 박테리아에 의해 생성 된 전기입니다. 생체 전기를 활용하는 것은 에너지를 얻는 깨끗한 방법입니다.
기후 위기는 Greta Thunberg와 매주 극심한 날씨 이벤트가 계속 우리에게 상기시켜 주므로 뜨거운 주제입니다. 세계의 인구가 증가하고 있으며, 사람들의 요구가 증가하고 있습니다. 지구의 끔찍한 상황은 전 세계의 매일 주제입니다. 일반적인 합의는 탐욕 입니다 및 화석 연료 소비량은 추진 요인입니다.
시간의 필요는 우리가 필요로하는 에너지를 생산하는 더 깨끗하고 지속 가능한 방법입니다. 물론, 대안 적 접근 방식은 태양, 바람, 수력 전기 및 지열 에너지와 같은 상향 스윙에 있습니다. 수력 발전 댐에는 빠르게 움직이는 물이 필요하며 태양 전지판에는 강한 햇빛이 필요하며 풍차는 평평하고 열린 땅이 필요합니다.
전기를 생성하는 현장 독립적 인 방법이 있다면 어떨까요? 전기를 생산하기 위해 석탄이 연소되는 방식과 마찬가지로 폐기물을 사용하여 전기를 생성 할 수 있습니까? 그렇다면 어떻게? 전기 생산 박테리아를 직장에 넣으십시오!
생체 전기 란 무엇입니까?
생체 전기는 박테리아, 조류 또는 곰팡이와 같은 살아있는 유기체에 의해 생산되는 전기입니다. 맛있는 음식 공급원 (낭비 된 음식에서 나무에 이르기까지)이 주어지면, 대사 활동의 결과로 소량의 전기를 생산할 것입니다.
생체 전기라는 용어는 새로운 것이 아닙니다. 그것은 1780 년대 Luigi Galvani에 의해 처음으로 사용되었으며, 그는 근육이 삐걱 거리는 지 확인하기 위해 번개로 열악한 개구리를 감전 시켰습니다. 그 이후로 생물 학자들은 생명이 어떻게 전기를 만들고 전기를 사용하는지에 매료되었습니다. 당신은 여기서 그 뒤에있는 매혹적인 이야기를 읽을 수 있습니다.
그러나 최근에는 박테리아와 같은 작은 생명체가 생산하는 전기를 설명하기 위해 생물 전기가 더 자주 사용되었으며 생산적인 용도로 사용할 수 있습니다.
박테리아를 배터리에 넣어서이 에너지를 스스로 생성 할 수 있습니다. 생체 전기성을 생성하는 생화학 적 반응은 2 개의 전극, 유기물 (기질) 및 미생물을 함유하는 배터리 내의 특정 설정에서 발생합니다. 이 설정은 미생물 연료 전지 (MFC)라고합니다.
mfcs 란 무엇입니까?
MFC는 터미네이터 3에서 Arnold Schwarzenegger에 전원을 공급하는 데 사용되는 것과 유사한 일종의 연료 전지입니다.
MFC는 기존 배터리와 유사합니다. 둘 다 양의 전극 (양극)을 갖는 양의 섹션과 음성 전극 (음극)을 갖는 음성 섹션을 갖는다. 양성 섹션에서 생성 된 전자는 양극에서 픽업되며 캐소드로의 여행은 전류를 생성합니다.
MFC와 연료 전지의 차이점은 연료 전지가 화학 반응을 통해 전기를 생산하는 반면, MFC는 생물학적 공정을 통해 전기를 생산한다는 것입니다.
MFC의 개략도. (사진 크레딧 :Bretschger O/Wikimedia Commons)
박테리아는 양극 (양성)에 존재합니다. 음식을 건강하게 공급하면 양극에 의해 픽업되는 전자를 방출합니다. 이제 음극보다 양극에 더 많은 전자가 있으므로 전자는 음극을 향해 압축됩니다. 산소, 양성자 및 전자는 음극 (음성)에서 반응합니다. 양성자와 전자의 이러한 흐름은 두 전극 사이에 전위차를 만들어 생체 전기의 생성을 초래합니다.
양성자와 전자를 방출하기 위해 자당이 어떻게 분해되는지를 보여주는 방정식.
mfcs에서 어떤 종류의 미생물이 사용됩니까?
박테리아의 과학적 이름은 전기 화학적으로 활성 미생물 (EAM)입니다. 이것이 의미하는 것은 화학 에너지, 식품의 에너지, 전기 에너지, 배터리의 전자 에너지로 변환 할 수 있다는 것입니다. 화학 대전 마법을 작동 시키려면 산소가없는 환경 (혐기성)이 필요합니다.
모든 EAM이 좋은 박테리아 직원은 아닙니다. 더 쉽게 전자 전달을 가능하게하는 단백질을 생산하기 때문에 특정 종은 더 적합합니다. geobacter 및 Shewanella 박테리아의 종은 일반적으로 MFC에서 사용됩니다.
shewanella의 변형 - s. Oneidensis MR-1-가장 많이 연구되고 널리 분석 된 EAM 중 하나입니다. 그들은 산소의 존재 또는 부재에 살 수 있고, 성장하기 쉽고, 잘 문서화 된 게놈 서열을 가지고 있지만, 주로 전자를 쉽게 전달하는 능력이 MFC에서 그렇게 바람직한 이유입니다.
.폐수와 같은 폐기물의 천연 미생물 공동체 또는 늪지대 바닥에서 발견되는 커뮤니티도 생체 전기를 생성하는 데 능숙합니다. 우리는 단순히 우리의 생체 전기 요구에 대한 자연 기능을 활용할 수 있습니다.
미세 조류는 폐수에서 생체 전기를 생성하는 데 사용되는 다른 효율적인 미생물입니다.
일본과 같은 작은 나라는 매년 2 천만 톤의 식품 및 주방 폐기물을 생산합니다. (사진 크레딧 :Antonello Marangi/Shutterstock)
생물 전기는 미래입니까?
MFCS에 의한 생체 전기의 생산은 오염이없는 과정입니다. 유기물은 생체 전기를 생성하기 위해 박테리아에 의해 혐기성으로 분해됩니다. 연소, 독성 가스 생산 또는 유해 폐기물 발생은 없습니다. 그것은 녹색이고 지속 가능한 에너지 생산 방법입니다.
그러나 가장 큰 한계는 낮은 양의 전력이 생성 된 것입니다. 현재 평균 MFC는 0.5V의 전압을 공급합니다.이를 원근법으로 표현하기 위해 하나의 Duracell AA 배터리는 1.5 v의 전압을 공급합니다.
.소량의 에너지가 생산 되었음에도 불구하고 MFC는 여전히 사용하고 있습니다. 한 연구는 MFC를 사용하여 생태 현장을 모니터링하는 작은 무선 센서에 전원을 공급했습니다. MFC를 재충전 할 필요가 없으므로 배터리가 고갈되어 센서가 고장 나지 않는 것에 대한 두려움이 없었습니다.
또 다른 단점은 저온에서 사용할 수 없다는 것입니다. 추운 기후에서는 박테리아의 활동이 떨어지고 신진 대사율이 감소합니다. 우리가 박테리아를 건배하는 방법을 알아낼 때까지, 그들이 에너지 효율을 유지할 수있게 해줄 때까지, 죄송합니다.
과학자들의 엄청난 헌신은 MFC의 효율성을 향상시키고 대규모로 구현하는 데 노력하고 있습니다. 구자라트의 인도 주에서 영감을받은 연구원 인 Nasreen Munshi 박사는 MFC로만 구성된 자신의 미니 생물 전기 공장을 설립했습니다. 그녀와 그녀의 동료 연구자들은 몇 주 동안 소량의 전기를 지속적으로 활용할 수있었습니다.
오늘날 연구원의 주요 초점은 폐수 처리 장소에 생체 전기 공장을 설치하는 것입니다. 사용 가능한 양의 에너지를 지속적으로 생성 할 수 없더라도, 생체 전기성이 커패시터에 저장 될 수 있습니다. 생체 전기의 양이 충분한 수준에 도달하면 커패시터에서 배출 될 수 있습니다.
MFC의 생체 전기 사용은 최상의 혁신입니다. 유기물이 존재하고 박테리아가 지구상에 사는 한 MFC는 지속 가능한 장기 에너지 원이 될 수 있습니다. 종이에, 그러한 MFC는 우리의 에너지와 폐기물 문제를 모두 해결하는 독창적 인 솔루션입니다. 박테리아는 우리의 엄청난 양의 유기농 폐기물을 공급할 때 기쁨을 위해 점프 할 것입니다 (기쁨이나 점프를 느낄 수 있다면). 우리는 결과 에너지를 대가로 받아들이는 매우 기뻐할 것입니다.
.수십 년 안에 사람들의 집이나 건물에는 MFC가 부착 될 것이라고 상상해보십시오. 폐기물을 쓰레기통에 버리는 대신, 우리는이 작은 셀에 버릴 수 있으며, 이는이 작은 셀에 조명을 전원으로 변환 할 수 있습니다. 다시 말해, 더 이상 쓰레기를 꺼내지 마십시오!
