Ze względu na rosnące negatywne skutki zmian klimatycznych, a także realizację polityki energetycznej Polski do 2040r. stawiającej przede wszystkim na rozwój odnawialnych zasobów, coraz częściej mówi się o wykorzystaniu ogniw elektrochemicznych jako obiecującego rozwiązania bolączek transportu, elektroenergetyki. Mogą one również znaleźć zastosowanie np. w oczyszczalniach ścieków.
Same ogniwa paliwowe są znane już od XIX w., obecnie jednak, coraz częściej porusza się kwestię tych urządzeń w kontekście nadchodzącej rewolucji wodorowej. Pomimo tego, że większość z tych rozwiązań jest cały czas na etapie badań, to warto bliżej przyjrzeć się praktycznym aspektom wykorzystania ogniw paliwowych.
Ogniwa paliwowe
Ogniwo paliwowe jest to urządzenie generujące energię elektryczną dzięki dostarczanemu z zewnątrz paliwu. Paliwem tym może być np. wodór, amoniak, czy biomasa. Ogniwa paliwowe są typem ogniw odwracalnych (w przeciwieństwie do ogniw galwanicznych występujących np. w zegarku) co oznacza, że wytwarzają one energię stale, gdy dostarczane jest do nich paliwo i utleniacz oraz nie rozładowują się. Ponadto nie muszą być wcześniej ładowane ze względu na zgromadzony w nich ładunek. Zwłaszcza ta ostatnia cecha sprawia, że są one atrakcyjnym rozwiązaniem w magazynowaniu energii, którą można wykorzystać w dowolnej chwili. Ogniwo składa się z dwóch elektrod przewodzących prąd oraz elektrolitu (ciekłej, stałej lub gazowej substancji przewodzącej jony).
Wyróżnia się kilka rodzajów ogniw, z czego najbardziej popularne, to: PEMFC (ang. proton exchange membranę fuel cell – ogniwo paliwowe z membraną do wymiany protonów), AFC (ang. alkaline fuel cell – alkaliczne ogniwo paliwowe), czy też SOFC (ang. solid oxide fuel cell – ogniwo paliwowe ze stałym tlenkiem). Należy podkreślić, iż istnieją także inne rozwiązania np. biologicznie modyfikowane ogniwa paliwowe tzw. MFC (ang. microbial fuel cells), czyli mikrobiologiczne ogniwa paliwowe.
MFC – mikrobiologiczne ogniwa paliwowe
Ze względu na rosnące zapotrzebowanie wykorzystania surowców pochodzenia naturalnego, coraz częściej zwraca się uwagę właśnie na mikrobiologiczne ogniwa paliwowe. Są to urządzenia, które wytwarzają energię elektryczną w wyniku przekształcenia substancji organicznych zawartych np. w ściekach dzięki wykorzystaniu mikroorganizmów. Jako źródło energii można również wykorzystać biomasę, kompost, czy odpady, których nie trzeba wcześniej oczyszczać. Paliwem może być w tym przypadku np. bioetanol. Co ciekawe, są one w stanie wytworzyć relatywnie dużą ilość energii w stosunkowo małym rozmiarowo ogniwie. Jednak problem może stanowić wyizolowanie poszczególnych mikroorganizmów. Dzięki specjalnie zaprojektowanej membranie protonowo przewodzącej, w ogniwie panują warunki beztlenowe, które stanowią idealne środowisko dla mikroorganizmów. Sama energia elektryczna powstaje dzięki transportowi elektronów wytwarzanych przez mikroby do elektrody.
Odzysk energii elektrycznej jest kluczowym parametrem oceny wydajności mikrobiologicznych ogniw paliwowych, a kwestie, które wciąż pozostają do rozważenia, jeśli chodzi o ten rodzaj ogniw to: poszukiwanie wydajnych i stosunkowo tanich biokatalizatorów, uzyskanie wysokiej sprawności i czasu życia ogniwa, czy też poszukiwanie odpowiednich kolonii mikroorganizmów.
Mikrobiologiczne ogniwa paliwowe a produkcja energii odnawialnej
MFC stanowią obiecującą technologię produkcji energii odnawialnej, a ich najbardziej prawdopodobne zastosowania w najbliższej przyszłości to metoda jednoczesnego oczyszczania ścieków i produkcji energii elektrycznej. Będą one przydatne również w innych specjalistycznych zastosowaniach — na przykład jako źródła zasilania dla biosensorów elektrochemicznych. Dzięki modyfikacjom technologie MFC mogą znaleźć zastosowania od produkcji H2, do produkcji energii odnawialnej z biomasy rolniczej.
Zdolność zróżnicowanego zakresu bakterii do funkcjonowania i przetrwania w MFC jest naprawdę fascynującym zjawiskiem, która może przyczynić się do poszerzenia wiedzy na temat mikroorganizmów.
Tekst:
mgr inż. Karolina Majewska
mgr inż. Agnieszka Czekała, SOLAR-PROJECT sp. z o.o.
zdjęcie: pixabay
Akademia Inwestora Biometanowego. Czytaj za darmo w internecie!
Źródła:
Zheng Ge, Jian Li, Li Xiao, Yiran Tong, Zhen He, Recovery of Electrical Energy in Microbial Fuel Cells, Brief Review, Environmental Science & Technology Letters, Vol 1/Issue 2, 2013r.
Bruce E. Logan John M. Regan, Pennsylvania State University, Microbial challenges and fuel cells applications, Environmental Science & Technology, American Chemical Society, 2006r., s. 5172 – 5180.
Wei-feng Liu, Shao-an Cheng, Review: Microbial fuel cells for energy production from wastewaters: the way toward practical application, Liu et al., J Zhejiang Univ-Sci, (Appl Phys & Eng), 2014 15(11), 841-861.
***
Stacje / punkty ładowania DC i AC, satelity z jednostkami zasilającymi, wallboxy dla domu i biura, carporty. Kompleksowe instalacje od A do Z, od dokumentacji i projektu po wykonawstwo prac, coroczne przeglądy i serwis.
Agnieszka Czekała
tel. 690-153-730
SOLAR-PROJECT sp. z o.o. sp.k.
Newsletter
Bądź na bieżąco z branżą OZE
