Academic Journal
КПД ферментного/микробного топливного элемента; влияние наноматериалов
| Τίτλος: | КПД ферментного/микробного топливного элемента; влияние наноматериалов |
|---|---|
| Πηγή: | VIII Пущинская конференция «Биохимия, физиология и биосферная роль микроорганизмов». |
| Στοιχεία εκδότη: | Crossref, 2024. |
| Έτος έκδοσης: | 2024 |
| Θεματικοί όροι: | БИОТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, ФЕРМЕНТНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, МИКРОБНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, ФЕРМЕНТ ГЛЮКОЗООКСИДАЗЫ |
| Περιγραφή: | Эффективность генерации электрической энергии БТЭ определяется величиной КПД биотопливного элемента, а именно, отношением количества электронов, содержащихся в окисляемой биомассе, к тому их количеству, которое преобразуется в электрический ток. Оценка КПД для микробного топливного элемента (мБТЭ) представляет более сложную задачу в сравнении с оценкой для ферментного. В первом случае могут использоваться различные по составу субстратные смеси и трудности могут быть связаны с наличием/отсутствием данных о полном метаболизме их окисления; для ферментного же БТЭ используется один полностью окисляемый субстрат, что в общем случае упрощает оценку. В представленных данных приведена попытка качественной оценки КПД, получаемой для моделей БТЭ на основе фермента глюкозооксидазы (ГОД) и микробного топливного элемента (мБТЭ), в котором применены бактерии рода Gluconobacter. Для вычисления КПД использовали подход, предложенный в работе Б. Логана [1]. Приведено также вычисление КПД по результатам биоэлектрокаталитических измерений. Рассмотрели влияние на величину КПД наноматериалов (ПЭДОТ:ПСС – поли(3,4-этилен-диокситиофен-поли(стиролсульфонат), графен). Указанные наноматериалы могут вызывать рост тока за счет снижения внутреннего сопротивления элемента. Существуют различные подходы и методы, применяемые для оценки КПД БТЭ. В монографии Б. Логана [1] используется оценка КПД на основе кулоновских соотношений, которая применяется и в представленной работе. Кроме этого, величину КПД можно оценить на основе информации, содержащейся в биоэлектрокаталитических характеристиках – циклических вольт-амперных, нагрузочных, мощностных; он также применен в данной работе и упоминается как энергетический. Также имеется ряд публикаций о вычислении КПД на основе математических моделей. Отметим, что приведенные публикации нельзя рассматривать как базовые, дающие общий рецепт по вычислению КПД. Они показывают, как можно в определенных случаях использовать математическое моделирование биохимических процессов в БТЭ и сочетать их с методами, предложенными Б. Логаном. Цель исследования состояла в создании макетов ферментного и микробного БТЭ и применении кулоновского принципа оценки их КПД. Представлялась важной также оценка вопроса об изменении КПД при модификации анода БТЭ путем введения в его композицию наноматериалов – ПЭДОТ:ПСС и графена. По полученным ранее результатам указанная композиция приводила к росту тока и снижению внутреннего сопротивления электрода [2]. В исследовании использовали двухкамерную модель мБТЭ, аналогичную описанной в [3]. При оценке КПД на основании кулоновского подхода (кулоновская эффективность, СЕ) КПД (тождественно СЕ) определяли как отношение зарядов, прошедших по внешней цепи, к общему количеству зарядов, исходно содержащихся в субстрате по следующему выражению: CE = Ms ∫0 tb I dt F bes vAn Δc. Мs молекулярная масса окисляемого субстрата, в качестве которого использовали глюкозу (Мs = 180 г/моль). t0 и tb – время начала и окончания измерения. F – число Фарадея, ≈ 96 500 Кл/моль; VАн – объем анодного отделения; Δc – разность концентрации субстрата в начале и в конце измерения; IБТЭ – уровень генерированного тока; bes – количество электронов, необходимых для окисления 1 М субстрата (для глюкозы bes – 24 моль-электронов/моль вещества). Полученные результаты приведены в таблице. При соблюдении общей схемы измерения параметры БТЭ в эксперименте варьировали. Так, для получения большей информации изменяли время наблюдения и концентрацию глюкозы, площадь рабочего электрода. Анализ ошибок измерения КПД показал, что разбросы в вычислении могут быть связаны с оценкой изменения концентрации субстрата, а именно, его убыли. Применение наноматериалов приводило к росту КПД как в случае изучения ферментного БТЭ, так и для БТЭ на основе микробных клеток. Этот эффект можно связать с понижением общего внутреннего сопротивления БТЭ, которое достигается при использовании наноматериалов и приводит к росту каталитического тока и генерируемой биотопливными элементами мощности. |
| Τύπος εγγράφου: | Article Conference object |
| Γλώσσα: | Russian |
| DOI: | 10.34756/geos.2022.17.38402 |
| Αριθμός Καταχώρησης: | edsair.doi...........c196a0acb46bebc131a2458a56c1b4c8 |
| Βάση Δεδομένων: | OpenAIRE |
| DOI: | 10.34756/geos.2022.17.38402 |
|---|