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《利用微生物燃料电池同步发电和降解沼液》

  • 来源专题：可再生能源
  • 编译者： pengh
  • 发布时间：2019-06-03

  • 本文研究了以玉米秸秆沼液（BS）为阳极基质的微生物燃料电池（MFC），解决了沼气池产生的废水积累问题。 使用生活用水（DW）作为接种物，BS MFC可以快速启动并保持稳定的发电（622.7±30.3mV），持续10天。 当外部电阻变为200Ω时，BS MFC的最大功率密度为296mW / m2。 化学需氧量（COD）和铵态氮的去除率分别在第16天为72.0％和43.9％。 微生物群落分析表明，阳极溶液中的微生物主要来自BS，属于水解细菌。 同时，主要来自DW的电活性微生物群落以生物膜为主。 因此，MFC可以有效降解BS中的有机物并发电，为BS的利用提供了一种新的方法。

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  • 《纸基微生物燃料电池展现高性能高环保特性》
    • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2018-10-26
    • 微生物燃料电池（MFC）作为一种能够自组装、自修复、自我维持、环境友好的生物电源，具有相当高的生物兼容性和电化学稳定性，在柔性可穿戴电子器件（如生物传感器、智能手环）领域有着广阔的应用空间。纽约州立大学宾汉顿分校的Seokheun Choi教授课题组设计开发了新型可降解、高性能、低成本的纸基MFC，既可促进可穿戴电子设备的发展，又可减少电子垃圾保护环境。 研究人员首先对纸张基底进行化学处理，即通过旋涂法将可降解可导电的有机聚合物PAA或PPDD与纸张整合形成聚合物包覆的复合纸作为质子交换膜，包覆的聚合物薄膜可以有效地封住纸张的微孔隔绝空气，提升质子的传输收集效率。接着以该复合纸作为基底，经制模、丝网印刷、喷碳等工艺步骤分别在纸张的正、反面对柔性正、负极进行加工，并对纸张表面不同区域采用亲水化或疏水化处理的方法来定义正极区和负极区。电化学性能测试显示，采用PAA复合纸基底MFC和PPDD复合纸MFC最大功率都比较传统的蜡基底MFC高（其中PAA是2倍高，PPDD是3倍高），但都低于传统全氟磺酸膜MFC（其中PAA是全氟磺酸膜MFC最高功率的55%，PPDD是80%）。为了进一步改善电池性能，研究人员对基底的厚度进行了优化，发现当旋涂两层PAA的MFC性能是所有电池中最优的，电流密度达到26 μA/cm2，最大功率密度为4 μW/cm2。进一步测试了电池在水中的降解情况，结果显示电池在水中明显降解，并且无需任何特殊装置、条件或引入其他微生物，经过14天就基本降解完成，即不会产生电子垃圾，具有良好环保性。通过技术的经济评估发现，PAA或者PPDD的复合型纸基MFC表现出的功率成本比（2.2-3.3 µW/$），比全氟磺酸（0.17 µW/$）和蜡基MFC都高（1.1 µW/$），展现出更高的成本竞争力。 该项研究开发了新型的纸基微生物燃料电池，不仅具有优异的性能还展现出良好的环保性和低成本优势，为柔性电子器件的电池发展提供了新路径。相关研究成果发表在《Advanced Sustainable Systems》。
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  • 《生物电池:污水污泥转化为电和机油》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：金慧敏
    • 发布时间：2015-03-26
    • 伴随着生物电池的模块化概念，产自食品工业、稻草或动物排泄物的污水污泥、绿色垃圾、生产废渣等更大范围的生物量可用于能源再生。研究人员表示，采用这种工艺它们可以将有机残留物转化为电能、热能、净化天然气、机油和的高品质的生物炭。 沼气厂是分散能源供应的重要组成部分。他们所生产的电力来自可再生资源，可以弥补高度波动的风能和太阳能。目前在德国已经有8000家沼气厂生产出3.75千兆瓦总的电输出，即相当于大约三个核电站。然而，这些工程也有缺陷：它们只能处理一个有限范围的有机物，并且需要与粮食作物种植产生竞争。 生产电力、石油、天然气和生物炭 现在从弗劳恩霍夫环境能源与安全技术研究中心（UMSICHT）科学家们已经成功地大幅度提高了沼气发电厂的效率。由他们开发的生物电池方法不仅提供电力和热能，而且提供高品质的产品，例如天然气、油和植物炭黑色素等，并可以根据需求开发利用，例如，产生电力作为海洋或航空燃料、作为混合燃料或作为肥料。如果进一步加工，他们甚至可以提供化学工业的基本原料。 该生物电池是模块化设计，包括一系列的环保技术，如沼气厂、蓄热器、汽化器和产生电力的发动机。概念的核心是热催化重整（TCR®）。通过此技术专家把碳转化为有机原料，例如通过沼气厂和生物乙醇产生的发酵残留物，工业生物质的废料，污泥，稻草，废木材或动物粪便。最后生产出：石油、天然气和生物质焦炭。 “生物电池的独特优势是，我们可以直接利用这些原材料，从而节省了这些材料以前必须进行处理的巨大处置费。”MSICHT主任霍农安德烈亚斯教授解释说。 试验厂处理生物残留 研究人员正在证明试验厂可以每小时利用30kg发酵残留物。原料首先通过一个无氧水闸变成一个连续旋转的螺旋。材料被加热并分解成生物炭和挥发性气体。该蒸气被再加热，然后再次冷却。在这个过程中它凝结成含有生物油和水的液体。研究人员分离出高品质油可以再利用，所得气体会被提纯和收集。 液体，气体和固体产物可通过各种方式再次被利用。如同天然气可以发电和产生热能，油既可以加工成海洋和航空燃料或在热电联产电厂中使用，。在水分离过程中含有大量的短链生物降解碳化合物。它可以被反馈到沼气工程增加甲烷产量。该生物炭是理想的土壤改良剂。 生物电池是否可以有效地工作？ “通过一个强大的、持续的工艺，该工厂中将超过75%的能源效率转化为高质量的能源。如果使用移动潜热蓄电池，转化效率还可以提高更多，”霍农解释说。该生物电池的一个特别优势是该系统可逐渐扩大。“这对于运营商的融资来说非常有兴趣。我们的盈利能力分析证明，不需要在一开始就进行高投资。”UMSICHT的衍生产品——GmbH技术已经与德国以及外国大型试验工厂的合作中实现了生物电池概念。
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