Tế bào nhiên liệu vi sinh vật

Giống như tất cả các tế bào sống, vi khuẩn cần năng lượng. Một số vi khuẩn tự sản sinh năng lượng. Chúng thực hiện điều này thông qua một quá trình gọi là hô hấp tế bào kỵ khí. Yếm khí có nghĩa là “không có không khí”. Những vi khuẩn này thường sống trong môi trường ít oxy. Trong quá trình quang hợp, thực vật biến carbon dioxide và nước thành đường mà chúng sử dụng để làm năng lượng. Hô hấp tế bào thực chất là quá trình này diễn ra ngược lại. Nó phân hủy đường thành nước, carbon dioxide và (quan trọng nhất) adenosine triphosphate (ATP). ATP là phân tử năng lượng mà tất cả các tế bào cần để hoạt động.

Công thức hóa học của hô hấp tế bào là:

Các nhà khoa học đã tìm ra cách để thu năng lượng mà quá trình hô hấp tế bào tạo ra. Họ làm điều này bằng một công nghệ gọi là  pin nhiên liệu vi sinh vật (MFC)

Làm thế nào để pin tạo ra điện?

MFCs hoạt động như thế nào? Đầu tiên, hãy xem cách hoạt động của một loại pin khô thông thường . Pin tạo ra điện bằng cách sử dụng năng lượng hóa học. Trong pin, một trong các điện cực (cực dương) trải qua phản ứng oxy hóa. Đây là một quá trình hóa học tạo ra các electron. Các electron di chuyển qua một miếng dán oxit mangan đến điện cực khác (cực âm). Tại đây, các electron trải qua phản ứng khử. Đây là một quá trình hóa học trong đó các điện tử bị hấp thụ. Khi các electron di chuyển từ anot sang catot, chúng tạo ra dòng điện. Điều này có thể thực hiện công việc, chẳng hạn như cấp nguồn cho bóng đèn.

MFCs khác với pin thông thường như thế nào?

Cũng giống như pin thông thường, MFC sử dụng năng lượng hóa học để tạo ra điện. Một MFC có hai điện cực được giữ trong các khoang riêng biệt. Buồng cực dương chứa vi khuẩn kỵ khí. Điều này có nghĩa là nó không chứa oxy. Buồng catốt có tính hiếu khí. Điều đó có nghĩa là nó có chứa oxy. Quá trình oxy hóa xảy ra bên trong vi khuẩn sống trong buồng cực dương. Điều này tận dụng quá trình oxy hóa mà vi khuẩn thực hiện tự nhiên trong quá trình hô hấp tế bào. Các liên kết electron giữ các phân tử trong thực phẩm mà vi khuẩn ăn lại với nhau. Vi khuẩn phá vỡ các liên kết đó để giải phóng các điện tử.

Quá trình hô hấp tế bào có thể tiếp tục miễn là vi khuẩn có thức ăn. Vi khuẩn có thể tiêu hóa khá nhiều thứ. Chúng có thể tiêu hóa chất thải của con người. Chúng cũng có thể tiêu hóa các chất thải khác như amoniac, etanol hoặc axetat. Điều này làm cho công nghệ MFC thực sự hấp dẫn, nó có thể tạo ra điện và loại bỏ rác thải cùng một lúc.

Tạo ra điện bằng vi khuẩn không phải là một ý tưởng mới. Trên thực tế, nó đã tồn tại hơn một thế kỷ. Vậy tại sao công nghệ MFC vẫn chưa được áp dụng rộng rãi? Thực tế, thiết kế và vật liệu được sử dụng để chế tạo các điện cực đã được cải thiện rất nhiều nhưng MFC vẫn tạo ra dòng điện tương đối thấp. Tại sao? Một lý do là các điện tử được tạo ra trong quá trình hô hấp tế bào không truyền tốt từ vi khuẩn đến cực dương.

Vi khuẩn được sử dụng trong MFC được gọi là exoelectrogens . Chúng hoạt động điện hóa và có thể chuyển các electron ra bên ngoài tế bào của chúng. Các electron mà chúng tỏa ra đến được cực dương theo một trong ba cách.

  1. Chúng có thể được vận chuyển bởi chất mang protein trên bề mặt tế bào.
  2. Chúng có thể được xuất ra thông qua các hình chiếu của màng tế bào ( dây nano ).
  3. Chúng có thể được tiết ra trong các dung dịch hóa học ( chất trung gian ).

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *