Lurzoruko Mikrobioen Erregai Pilak (SMFC): Diseinu berriak Ingurumenari eta Nekazariei mesede egin diezaieke 

Lurzoruko Mikrobio Erregaia Cells (SMFC) lurzoruan sortzen diren bakterioak erabiltzen dituzte elektrizitatea sortzeko. Epe luzerako energia berriztagarriaren iturri deszentralizatua denez, SMFCak etengabe heda litezke ingurumen-baldintza ezberdinen denbora errealean monitorizatzeko eta zehaztasuna hazten ere lagundu dezakete. nekazaritza eta hiri adimentsuak. Hala ere, mende bat baino gehiago existitzen den arren, SMFCen aplikazio praktikoa ia ez da existitzen, potentzia-irteeraren koherentziaren ondorioz. Gaur egun, ez dago hezetasun handiko ur baldintzetatik kanpo elektrizitatea etengabe sor dezakeen SMFCrik. Azken ikerketa batean, ikertzaileek diseinu-bertsio desberdinak sortu eta alderatu zituzten eta aurkitu zuten zelula bertikalak errendimendua hobetzen duela eta SMFCak lurzoruaren hezetasun-aldaketekiko erresistenteagoak egiten dituela.   

mikrobioen erregai pilak (MFC) elektrizitatea ekoizten duten bioerreaktoreak dira, lotura kimikoetako energia bihurtuz organikoa konposatuak energia elektriko bihurtzen dira mikrobioen biokatalisiaren bidez. Substratuaren oxidazio bakterianoaren ondorioz anodoaren konpartimentuan askatzen diren elektroiak katodora transferitzen dira eta bertan oxigeno eta hidrogeno ioiekin konbinatzen dira.  

Baldintza aerobikoko erreakzio biokimikoak, adibidez, substratu gisa azetatoarentzat: 

oxidazio-erdi erreakzioa anodoan 

CH₃COO^- + 3H₂O → CO₂ + HCO₃^- + 8H⁺ +8e^-  

erredukzio erdi-erreakzioa katodoan 

2 O ₂ + 8 ordu ⁺ + 8 ^-   → 4H ₂ O 

Ingurune anaerobioan, MFCek biohondakinak erabil ditzakete elektrizitatea ekoizteko substratu gisa. 

MFCek energia jasangarriaren ingurumen-arazoei irtenbidea emateko balio dute, berotze globalaren eta biohondakinen kudeaketa. Kasu sendoa du ohiko bateria kimikoak eta eguzki-panelak espero ez diren eremuetan aplikatzeko, hala nola azpiegitura berdeetan, belardietan, hezeguneetan edo lurpekoetan. Eremu horietan, eguzki-panelek ez dute funtzionatzen gauez eta normalean zikinkeriak edo landarediak estaltzen ditu produktu kimikoen osagaiak diren bitartean. bateriak lixibiatu ingurunera. Lurzoruko Mikrobio Erregaia Cells (SMFC) energia-iturri iraunkor gisa datoz nekazaritza, belardi, baso eta basamortu eremu horietan energia gutxiko gailuak elikatzeko.  

Lurzoruko Mikrobioen Erregai Piluk (SMFC) lurzoruan sortzen diren bakterioak erabiltzen dituzte elektrizitatea sortzeko. Baldintza optimoetan, SMFCek 200 μW-ko potentzia sor dezakete 731 mV-ko tentsioarekin. Epe luzerako energia berriztagarrien iturri deszentralizatu gisa, SMFCak etengabe heda litezke ingurumen-baldintza ezberdinen denbora errealean kontrolatzeko eta politika gidatzeko. Hauek hiri adimendunen hazkundean ere lagun dezakete eta ustiategiak.  

Hala ere, mende bat baino gehiago egon arren, SMFCen aplikazio praktikoa lur-mailan oso mugatua izan da. Gaur egun, ez dago hezetasun handiko ur baldintzetatik kanpo elektrizitatea etengabe sor dezakeen SMFCrik. Potentzia-irteeraren ezberdintasuna ingurumen-baldintzen, lurzoruaren hezetasunaren, lur-moten, lurzoruan bizi diren mikrobioen eta abarretako desberdintasunei egozten zaie, baina lurzoruaren hezetasunaren aldaketek eraginik handiena dute potentziaren koherentzian. Zelulek behar bezala hidratatuta eta oxigenatuta egon behar dute potentzia koherentea izateko, eta arazo zaila izan daiteke lur azpian zikinkeria lehorrean lurperatzen direnean.   

Zelula bertikalaren diseinuak errendimendua hobetzen du eta SMFC-ak lurzoruaren hezetasun-aldaketei erresistenteagoak egiten dizkie.  

Berriki egindako ikerketa batek (2 urteko iraupen luzeko diseinu-prozesu bat barne hartuta, bederatzi hilabeteko SMFC inplementazio-datuekin batera) sistematikoki probatu ditu zelulen diseinuak diseinu-jarraibide orokorretara iristeko. Ikerketa taldeak lau bertsio ezberdin sortu eta alderatu zituen, katodoa eta anodoa elkarren paralelo diren diseinu tradizionala barne. Erregai-pilaren diseinu bertikala (3. bertsioa: anodoaren orientazioa horizontala eta katodoaren orientazioa perpendikularra) errendimendurik onena zela ikusi zen. Ondo funtzionatu zuen urez betetako hezetasun-eremuan, egoera lehor samarrean.  

Diseinu bertikalean, anodoa (karbonoz egindakoa bakterioak askatzen dituen elektroiak harrapatzeko) lurzoru hezean lurperatuta dago lur gainazaletik perpendikularki, katodoa (metal inerte eta eroalez egina) anodoaren gainean bertikalki esertzen da horizontalki lurrean. maila non oxigenoa erraz eskuragarri dagoen murrizketa erdi erreakzioa amaitzeko.  

Diseinurako potentzia nabarmen handiagoa izan zen zelula urez gainezka zegoen iraupen osoan. Ondo funtzionatzen zuen erabat urpeko egoeratik zertxobait lehorra (% 41 ur bolumenaren arabera), baina oraindik ere % 41eko ur eduki bolumetriko (VWC) eskakizun handia zuen aktibo jarraitzeko.  

Azterketa honek SMFCen diseinu-alderdiari buruzko galdera jorratzen du, hezetasun-aldaketekiko koherentzia eta erresilientzia hobetzeko. Egileek diseinu, tutorial eta simulazio-tresna guztiak kaleratu dituztenez jendaurrean erabiltzeko eta gainean eraikitzeko, zorionez, etorkizun hurbilean aplikazio zabalagoetara bideratu beharko litzateke, esate baterako, doitasun-nekazaritzan.  

*** 

References:  

1. Vishwanathan AS, 2021. Mikrobioen erregai-pilak: berrikuspen integrala hasiberrientzako. 3 Bioteknologia. 2021eko maiatza; 11(5): 248. 01eko maiatzaren 2021ean argitaratua. DOI: https://doi.org/10.1007/s13205-021-02802-y 

2. Hamar B., et al 2024. Soil-Powered Computing: The Engineer's Guide to Practical Soil Microbial Fuel Cell Design. Argitaratua: 12ko urtarrilaren 2024a. Teknologia interaktibo, mugikor, eramangarri eta nonahikoei buruzko ACMren aktak. 7. liburukia 4. aleaArtikulu zk.: 196 or. 1–40. DOI: https://doi.org/10.1145/3631410 

3. Northwestern Unibertsitatea. Albisteak-Zikinkeriaz elikatzen den erregai-pilak betirako funtzionatzen du. 12ko urtarrilaren 2024an argitaratua. Hemen eskuragarri https://news.northwestern.edu/stories/2024/01/dirt-powered-fuel-cell-runs-forever/ 

***