بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با توجه به بحران هاي حاصل از انرژي و رشد جمعیت ، صنعتی شدن جوامع ، محدودیت سوخت هاي فسیلی و مشکلات زیست محیطی، پیل سوختی رسوبی به عنوان یکی از منابع پاك و تجدیدپذیر انرژي مورد توجه قرار گرفته است.پیل هاي سوختیرسوبی به طور موثري می توانندطیف متنوعی ازمواد آلیموجود رسوبات را تبدیلبه جریان الکتریسیته کنند. .اخیرا پیشرفت هاي قابل ملاحظه ایبراي افزایشجریان خروجیازسیستمهایی رسوبی حاصل شده است، اما جهت بهینه تولید برق درمقیاسهاي بزرگتوجه بیشتریموردنیازاست.در این تحقیق به بررسی 4منبع رسوبی مختلف دریا، حوضچه پرورش ماهی، چشمه محلی و رودخانه محمود آباد به عنوان مولد جریان الکتریسته استفاده شده است. از گرافیت به عنوان الکترود در محفظه آند و کاتد پیل استفاده شد. رسوبات حاصل از رودخانه در مقایسه با سایر رسوبات استفاده شده داراي بالاترین دانسیته توانی برابر با mw/m2 74از خود نشان داده است. این پیل داراي ولتاژمدار باز740 میلی ولت بوده است که به مدت 12روز نیز کاملا پایدار بوده است .
کلید واژه:پیل سوختی رسوبی، انرژي پاك، جریان اکتریسیته، دانسیته توان
.1مقدمه
منابع انرژي هاي سنتی، سوخت فسیلی و برق حاصل از شکافت هسته ايعملاً بر چگونگی سیستم عرضه انرژي در جهان امروز تسلط دارند ولی وابستگی شدید جوامع صنعتی به منابع انرژي فسیلی به خصوص نفت و گاز و به کارگیري و مصرف بی رویه آنها ممکن است منابع عظیمی را که طی قرون متمادي در لایه هاي زیرزمینی تشکیل شده است تخلیه نمایند. با توجه به محدودیت منابع انرژي و مشکلات زیست محیطی ناشی از این آلاینده ها لزوم استفاده از روشهاي تبدیل انرژي با راندمان بالاتر و همچنین استفاده از سوختهایی که آلوده کننده نبوده و امکان تولید آن از منابع انرژي تجدیدپذیر و تجدید ناپذیرممکن باشد اهمیت پیدا میکند.[1]
پیل هاي سوختی میکروبی در دهه اخیر در میان خانواده پیل هاي سوختی ظاهر شده اند.هر چند فعالیت بیو الکتروشیمیایی آنها در مقایسه با دیگر انواع پیل هاي سوختی شیمیایی خالص مانند پیل هاي سوختی داراي غشاي تبادل پروتون براي اولین بار توسط پوتر.[2]1در آغاز قرن بیستم تشریح شد، دانسیته توان تولیدي پیل سوختی میکروبی ها کم هستند.[3] به هر حال مزایایی نظیر دماي عملیاتی پایین ،ساختار ساده ،زیست پذیري در بسیاري از محیط ها ، منابع سوختی ارزان و گسترده، توجهات آکادمیک و گسترده زیادي را به خود جلب کرده است. یک پیل سوختی میکروبی ابزاریست که می تواند الکتریسیته را به طور مستقیم از اکسیداسیون باکتریایی مواد آلی مانند گلوکز و استات[4] یا گونه هاي غیر آلی مانند سولفیدها [5]تولید کند. ریمرز و همکاران نشان دادند[6]
اجتماعات میکروبی که به طور طبیعی در رسوبات دریایی وجود دارند قادر به تولید الکتریسیته هستند پیل هاي سوختی میکروبی رسوبی شامل یک آند مقاوم در برابر خوردگی اما رسانا مانند میله گرافیتی دفن شده در رسوب بی هوازي دریایی و یک کاتد ساخته شده از صفحات گرافیتی یا فیبر هاي کربن[7]معلق در آب اکسیژن دار لایه رویی می باشد .الکترون هاي آزاد شده توسط تجزیه باکتریایی مواد آلی از طریق یک مدار خارجی از آند به سمت کاتد جریان می یابد در حالی که پروتن ها از طریق آب بین الکترود ها پخش می شوند. سپس الکترون ها و پروتون ها در کاتد با اکسیژن واکنش داده آب را تشکیل می دهند. جوامع میکروبی که در پیل هاي سوختی میکروبی رسوبی تولید توان می کننداصولاً به عنوان باکتري کاهش دهنده آهن IIIدر خانواده ژئوباکتریاسه[8]2طبقه بندي می شوند.پی برده شد
که دي سولفومناس3 روي الکترود هاي جایگزین شده در رسوبات دریایی غالب باشند در حالی که گونه هاي ژئوباکتر4روي الکترود هاي جایگزین شده در رسوبات آب هاي شیرین نفوذ قاطع دارند.[9]میکروارگانیسم ها در محیط هاي آنکسیک زیر آبی - رسوبات - که غنی از مواد آلی هستند ساکنند و انتقال الکترون را انجام می دهند. از پیل سوختی میکروبی رسوبی می توان به مدت نامحدودي استفاده کرد چون سیستم آنها در هواي باز و آزاد می باشد و مواد غذایی آنها هرگز پایان نمی یابد. در این مقاله تلاش شده است امکان تولید توانو مقدار آن را در آب ها و رسوبات اکوسیستم هاي مختلف از جمله دریا،رودخانه ، چشمه و پرورش ماهی مورد بحث و بررسی قرار گرفت.
.2مواد و روش ها
.1,2نمونه ها
جهت تعیین مقدار دانسیته توان تولیدي از 4 اکوسیستم هاي مختلف استفاده شد.نمونه هاي رسوب و آب آن از رودخانه محمود آباد - واقع در شهرستان محمودآباد - ، ساحل محمود آباد ، چشمه آب شیرین - واقع در شهرستان آمل - و یک استخر خاکی پرورش ماهی - واقع در شهرستان آمل - جمع آوري و بدون هیچ پیش تیماري در پیل سوختی میکروبی رسوبی استفاده شد.
.2,2ساختار پیل سوختی میکروبی رسوبی
شکل 1 نمایی از پیل هاي سوختی میکروبی رسوبی به کار گرفته شده را نشان می دهد . براي ساخت این پیل هاي سوختیاز یک ظرف شیشه اي به ارتفاع14سانتی متر و قطر داخلی10 سانتی متراستفاده شد.در هر چهار پیل سوختی میکروبی رسوبی از صفحات گرافیتی به عنوان آند 24×3/6×71 - میلی متر - بدون هیچ پیش تیمار و کاتالیست افزوده شده اي استفاده شد . تمامی پیل ها با 300میلی لیتر از لجن تهیه شده پر گردید . الکترود آند در ته ظرف زیر رسوب جایگزاري و از طریق سیم مسی به کاتد واقع در ستون آب لایه رویی متصل شد.
