The Soil Microbial Fuel செல்கள் (SMFCs) use naturally occurring bacteria in the soil to generate electricity. As a long-term, decentralised source of renewable power, the SMFCs could be perpetually deployed for real-time monitoring of various environmental conditions and can also contribute to the growth of precision பண்ணை and smart cities. However, despite being in existence for over a century, the practical application of SMFCs has been nearly non-existent due to inconsistency in power output. Currently, there is no SMFC that can generate electricity consistently outside high moisture watery conditions. In a recent study, the researchers created and compared different design versions and found that the vertical cell design improves performance and makes SMFCs more resilient to changes in soil moisture.
நுண்ணுயிர் எரிபொருள் செல்கள் (MFCs) are bioreactors that produce electricity by converting the energy in the chemical bonds of கரிம compounds into electrical energy through biocatalysis by microbes. The electrons released in the anode compartment by bacterial oxidation of substrate are transferred to cathode where they combine with oxygen and hydrogen ions.
ஏரோபிக் நிலையில் உள்ள உயிர்வேதியியல் எதிர்வினைகள், எடுத்துக்காட்டாக, அசிடேட் அடி மூலக்கூறு:
நேர்மின்முனையில் ஆக்சிஜனேற்றம் அரை-எதிர்வினை
CH3சிஓஓ- + 3H2O → CO2 +HCO3- + 8H+ +8e-
கேத்தோடில் அரை-எதிர்வினை குறைத்தல்
2 ஓ 2 + 8 எச் + + 8 வது - → 4 எச் 2 O
காற்றில்லா சூழலில், MFCகள் மின்சாரம் தயாரிக்க உயிர்க் கழிவுகளை அடி மூலக்கூறாகப் பயன்படுத்தலாம்.
MFCகள் நிலையான ஆற்றலின் சுற்றுச்சூழல் பிரச்சினைகளுக்கு தீர்வாக செயல்படும் ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளன, உலக வெப்பமயமாதல் மற்றும் உயிர்க் கழிவு மேலாண்மை. பசுமையான உள்கட்டமைப்புகள், புல்வெளிகள், ஈரநிலங்கள் அல்லது நிலத்தடி போன்றவற்றில் வழக்கமான இரசாயன பேட்டரிகள் மற்றும் சோலார் பேனல்கள் எதிர்பார்ப்பை விட குறைவாக இருக்கும் பகுதிகளில் இது ஒரு திடமான நிலைப்பாட்டை கொண்டுள்ளது. இந்த பகுதிகளில், சோலார் பேனல்கள் இரவில் வேலை செய்யாது மற்றும் பொதுவாக அழுக்கு அல்லது தாவரங்களால் மூடப்பட்டிருக்கும் போது இரசாயனத்தின் கூறுகள் பேட்டரிகள் leach into the environment. The Soil Microbial Fuel செல்கள் (SMFCs) come as a sustainable source of energy in such areas in farming, grassland, forest and wasteland to power low energy devices.
The Soil Microbial Fuel Cells (SMFCs) use naturally occurring bacteria in the soil to generate electricity. Under optimal conditions, SMFCs can produce up to 200 μW of power with a voltage of 731 mV. As a long-term, decentralised source of renewable power, the SMFCs could be perpetually deployed for real-time monitoring of various environmental conditions and guide policy. These can also contribute to the growth of smart cities and பண்ணைகள்.
இருப்பினும், ஒரு நூற்றாண்டுக்கும் மேலாக இருந்த போதிலும், தரை மட்டத்தில் SMFCகளின் நடைமுறை பயன்பாடு மிகவும் குறைவாகவே உள்ளது. தற்போது, அதிக ஈரப்பதம் உள்ள நீர்நிலைகளுக்கு வெளியே தொடர்ந்து மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்யக்கூடிய SMFC இல்லை. மின் உற்பத்தியில் உள்ள சீரற்ற தன்மைக்கு சுற்றுச்சூழல் நிலைமைகள், மண்ணின் ஈரப்பதம், மண் வகைகள், மண்ணில் வசிக்கும் நுண்ணுயிரிகள் போன்றவற்றில் உள்ள வேறுபாடுகள் காரணமாக கூறப்படுகிறது. ஆனால் மண்ணின் ஈரப்பதத்தில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் மின் உற்பத்தியின் நிலைத்தன்மையில் அதிகபட்ச தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகின்றன. சீரான மின் உற்பத்திக்கு செல்கள் போதுமான அளவு நீரேற்றம் மற்றும் ஆக்ஸிஜனேற்றத்துடன் இருக்க வேண்டும், இது உலர்ந்த அழுக்குகளில் நிலத்தடியில் புதைக்கப்படும்போது கடினமான பிரச்சினையாக இருக்கலாம்.
செங்குத்து செல் வடிவமைப்பு செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது மற்றும் SMFC களை மண்ணின் ஈரப்பதத்தில் ஏற்படும் மாற்றங்களுக்கு மிகவும் நெகிழ்ச்சியடையச் செய்கிறது.
ஒரு சமீபத்திய ஆய்வு (ஒன்பது மாத SMFC வரிசைப்படுத்தல் தரவைக் கொண்ட 2 ஆண்டு கால செயல்பாட்டு வடிவமைப்பு செயல்முறையை உள்ளடக்கியது) பொதுவான வடிவமைப்பு வழிகாட்டுதல்களை அடைய செல் வடிவமைப்புகளை முறையாகச் சோதித்துள்ளது. ஆய்வுக் குழு நான்கு வெவ்வேறு பதிப்புகளை உருவாக்கி ஒப்பிட்டுப் பார்த்தது, இதில் கேத்தோடு மற்றும் அனோட் இரண்டும் ஒன்றுக்கொன்று இணையாக இருக்கும் பாரம்பரிய வடிவமைப்பு உட்பட. எரிபொருள் கலத்தின் செங்குத்து வடிவமைப்பு (பதிப்பு 3: அனோட் ஓரியண்டேஷன் கிடைமட்ட & கேத்தோடு நோக்குநிலை செங்குத்தாக) சிறப்பாகச் செயல்படுவதாகக் கண்டறியப்பட்டது. இது ஈரப்பதம் வரம்பில் மூழ்கிய நிலையில் இருந்து ஓரளவு வறண்ட நிலையில் நன்றாக வேலை செய்தது.
செங்குத்து வடிவமைப்பில், அனோட் (பாக்டீரியாவால் வெளியிடப்படும் எலக்ட்ரான்களைப் பிடிக்க கார்பனால் ஆனது) தரையின் மேற்பரப்பிற்கு செங்குத்தாக ஈரமான மண்ணில் புதைக்கப்படுகிறது, அதே நேரத்தில் கேத்தோட் (ஒரு செயலற்ற, கடத்தும் உலோகத்தால் ஆனது) செங்குத்தாக நிலத்தில் கிடைமட்டமாக நேர்கோட்டின் மேல் அமர்ந்திருக்கும். குறைப்பு பாதி வினையை முடிக்க ஆக்ஸிஜன் எளிதில் கிடைக்கும் நிலை.
மின்கலமானது தண்ணீரில் மூழ்கியிருந்த காலம் முழுவதும் வடிவமைப்பிற்கான ஆற்றல் வெளியீடு கணிசமாக அதிகமாக இருந்தது. இது முற்றிலும் நீருக்கடியில் இருந்து ஓரளவு வறண்ட (41% நீர் அளவு) வரை நன்றாகச் செயல்பட்டது, இருப்பினும் சுறுசுறுப்பாக இருக்க இன்னும் 41% அளவு நீர் உள்ளடக்கம் (VWC) அதிகமாக உள்ளது.
இந்த ஆய்வு SMFC களின் வடிவமைப்பு அம்சம் பற்றிய கேள்வியை நிலைத்தன்மையை மேம்படுத்துவது மற்றும் ஈரப்பதம் மாற்றங்களை எதிர்க்கும் தன்மையை மேம்படுத்துகிறது. ஆசிரியர்கள் அனைத்து வடிவமைப்புகள், பயிற்சிகள் மற்றும் உருவகப்படுத்துதல் கருவிகளை பொதுமக்களுக்கு பயன்படுத்துவதற்கும் உருவாக்குவதற்கும் வெளியிட்டிருப்பதால், இது எதிர்காலத்தில் துல்லியமான விவசாயம் போன்ற பல்வேறு பகுதிகளில் பரந்த பயன்பாடுகளுக்கு மொழிபெயர்க்க வேண்டும்.
***
குறிப்புகள்:
- விஸ்வநாதன் ஏஎஸ், 2021. நுண்ணுயிர் எரிபொருள் செல்கள்: ஆரம்பநிலைக்கு ஒரு விரிவான ஆய்வு. 3 பயோடெக். 2021 மே; 11(5): 248. ஆன்லைனில் வெளியிடப்பட்டது 01 மே 2021. DOI: https://doi.org/10.1007/s13205-021-02802-y
- பத்து பி., et al 2024. மண்ணில் இயங்கும் கம்ப்யூட்டிங்: நடைமுறை மண் நுண்ணுயிர் எரிபொருள் செல் வடிவமைப்புக்கான பொறியாளர் வழிகாட்டி. வெளியிடப்பட்டது:12 ஜனவரி 2024. ஊடாடும், மொபைல், அணியக்கூடிய மற்றும் எங்கும் நிறைந்த தொழில்நுட்பங்கள் குறித்த ACM இன் செயல்முறைகள். தொகுதி 7 வெளியீடு 4கட்டுரை எண்: 196பக் 1–40. DOI: https://doi.org/10.1145/3631410
- வடமேற்கு பல்கலைக்கழகம். செய்தி-அழுக்கால் இயங்கும் எரிபொருள் செல் என்றென்றும் இயங்கும். 12 ஜனவரி 2024 அன்று வெளியிடப்பட்டது. இங்கு கிடைக்கிறது https://news.northwestern.edu/stories/2024/01/dirt-powered-fuel-cell-runs-forever/
***
