Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Електрометаногенез — форма виробництва електропалива, в якій метан виробляється прямим біологічним перетворенням діоксиду вуглецю з використанням електричного струму.
Технології виробництва метану викликали інтерес наукової спільноти до 2000 року, але електрометаногенез залишався поза сферою інтересу до 2008 року. Від 2008 року кількість публікацій, що стосуються каталітичного метанування, зросла від 44 до 130. Електрометаногенез привернув увагу завдяки пропонованим програмам. Виробництво метану за допомогою електричного струму може забезпечити зберігання відновлюваної енергії. Електричний струм, що надходить із відновлюваних джерел енергії, можна за допомогою електрометаногенезу перетворити на метан, який потім використовувати як біопаливо. Електрометаногенез також можна розглядати як метод уловлювання діоксиду вуглецю та використовувати для очищення повітря.
У природі утворення метану відбувається біотично і абіотично. Абіогенний метан виробляється в менших масштабах, і необхідні хімічні реакції не використовують органічних речовин. Біогенний метан утворюється в [en] природних середовищах, де метан утворюється внаслідок розкладання органічних матеріалів мікробами. Дослідники виявили, що процес виробництва біогенного метану можна відтворити в лабораторних умовах за допомогою електрометаногенезу. Відновлення CO2 при електрометаногенезі полегшується за допомогою електричного струму на біокатоді в [en] і за допомогою мікробів і електронів (рівняння 1) або абіотично одержуваного водню (рівняння 2).
(1) CO2 + 8H+ + 8e- ↔ CH4 + 2H2O
(2) CO2 + 4H2 ↔ CH4 + 2H2O
Біокатод
Біокатод — це катод, який використовується в мікробній електролізній комірці під час електрометаногенезу. Мікроорганізми в цьому випадку використовуються для каталізування процесу прийняття електронів і протонів від анода. Біокатод зазвичай виготовляють із дешевого матеріалу, такого як вуглець або графіт, як і анод. Популяція мікробів, поміщена на біокатод, повинна вловлювати електрони з матеріалу електрода (вуглецю або графіту) й утворювати завдяки їм водень.
Механізм
Механізм електрометаногенезу наведено на малюнку 1. Вода вводиться в систему з анодом, біокатодом та мікробами. На аноді мікроби притягують молекули H2O, які окислюються після включення електричного струму від джерела живлення. Кисень виділяється з боку анода. Протони та електрони, отримані з H2O, проходять через мембрану, де вони потрапляють у матеріал біокатода. Інші мікроби на біокатоді здатні переносити нові електрони з матеріалу біокатода й утворювати протони. Ці протони потім використовуються в основному шляху, який приводить до утворення метану в електрометаногенезі — відновлення CO2. CO2 надходить на біокатодний бік системи, де він відновлюється протонами, що продукуються мікроорганізмами, з утворенням H2O та метану (CH4+). Вироблений метан потім можна випустити з боку біокатода та зберегти.
Обмеження
Одним із обмежень є втрата енергії в біоелектрохімічних системах, які виробляють метан. Це відбувається внаслідок перенапруги на аноді, мембрані та біокатоді. Втрати енергії значно знижують ефективність процесу. Ще одне обмеження — біокатод. Зважаючи на важливість біокатода для електронного обміну та утворення метану, його склад значною мірою впливає на ефективність реакції. Робляться спроби покращити біокатоди, використовувані в електрометаногенезі, комбінуванням матеріалів, зміненням форми або різною попередньою обробкою поверхні біокатода, тим самим підвищуючи біосумісність.
Див. також
Примітки
- Cheng, Shaoan (15 травня 2009). Direct Biological Conversion of Electrical Current into Methane by Electromethanogenesis. Environmental Science & Technology. 43 (10): 3953—3958. Bibcode:2009EnST...43.3953C. doi:10.1021/es803531g. ISSN 0013-936X. PMID 19544913.
- Tuomas Kangasniemi (7 квітня 2009). . Tekniikka & Talous (фін.). Архів оригіналу за 17 липня 2011. Процитовано 7 квітня 2009.
- . Green Car Congress. 30 березня 2009. Архів оригіналу за 23 жовтня 2018. Процитовано 9 квітня 2009.
- Blasco-Gómez, Ramiro (20 квітня 2017). On the Edge of Research and Technological Application: A Critical Review of Electromethanogenesis. International Journal of Molecular Sciences. 18 (4). doi:10.3390/ijms18040874. ISSN 1422-0067. PMID 28425974.
{{}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом () - Batlle-Vilanova, Pau (16 січня 2014). Assessment of biotic and abiotic graphite cathodes for hydrogen production in microbial electrolysis cells. International Journal of Hydrogen Energy (англ.). 39 (3): 1297—1305. doi:10.1016/j.ijhydene.2013.11.017. ISSN 0360-3199.
- Geppert, Florian (1 листопада 2016). Bioelectrochemical Power-to-Gas: State of the Art and Future Perspectives. Trends in Biotechnology (англ.). 34 (11): 879—894. doi:10.1016/j.tibtech.2016.08.010. ISSN 0167-7799. PMID 27666730.
- Hara, Masahiro (2013). Mechanism of Electromethanogenic Reduction of CO2 by a Thermophilic Methanogen. Energy Procedia. 37: 7021—7028. doi:10.1016/j.egypro.2013.06.637. ISSN 1876-6102.
- Croese, Elsemiek (December 2011). Analysis of the microbial community of the biocathode of a hydrogen-producing microbial electrolysis cell. Applied Microbiology and Biotechnology. 92 (5): 1083—1093. doi:10.1007/s00253-011-3583-x. ISSN 0175-7598. PMID 21983651.
- Zhou, Huihui (2019). (English) . Архів оригіналу за 16 грудня 2021. Процитовано 12 травня 2022.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Elektrometanogenez forma virobnictva elektropaliva v yakij metan viroblyayetsya pryamim biologichnim peretvorennyam dioksidu vuglecyu z vikoristannyam elektrichnogo strumu Tehnologiyi virobnictva metanu viklikali interes naukovoyi spilnoti do 2000 roku ale elektrometanogenez zalishavsya poza sferoyu interesu do 2008 roku Vid 2008 roku kilkist publikacij sho stosuyutsya katalitichnogo metanuvannya zrosla vid 44 do 130 Elektrometanogenez privernuv uvagu zavdyaki proponovanim programam Virobnictvo metanu za dopomogoyu elektrichnogo strumu mozhe zabezpechiti zberigannya vidnovlyuvanoyi energiyi Elektrichnij strum sho nadhodit iz vidnovlyuvanih dzherel energiyi mozhna za dopomogoyu elektrometanogenezu peretvoriti na metan yakij potim vikoristovuvati yak biopalivo Elektrometanogenez takozh mozhna rozglyadati yak metod ulovlyuvannya dioksidu vuglecyu ta vikoristovuvati dlya ochishennya povitrya U prirodi utvorennya metanu vidbuvayetsya biotichno i abiotichno Abiogennij metan viroblyayetsya v menshih masshtabah i neobhidni himichni reakciyi ne vikoristovuyut organichnih rechovin Biogennij metan utvoryuyetsya v en prirodnih seredovishah de metan utvoryuyetsya vnaslidok rozkladannya organichnih materialiv mikrobami Doslidniki viyavili sho proces virobnictva biogennogo metanu mozhna vidtvoriti v laboratornih umovah za dopomogoyu elektrometanogenezu Vidnovlennya CO2 pri elektrometanogenezi polegshuyetsya za dopomogoyu elektrichnogo strumu na biokatodi v en i za dopomogoyu mikrobiv i elektroniv rivnyannya 1 abo abiotichno oderzhuvanogo vodnyu rivnyannya 2 1 CO2 8H 8e CH4 2H2O 2 CO2 4H2 CH4 2H2OBiokatodBiokatod ce katod yakij vikoristovuyetsya v mikrobnij elektroliznij komirci pid chas elektrometanogenezu Mikroorganizmi v comu vipadku vikoristovuyutsya dlya katalizuvannya procesu prijnyattya elektroniv i protoniv vid anoda Biokatod zazvichaj vigotovlyayut iz deshevogo materialu takogo yak vuglec abo grafit yak i anod Populyaciya mikrobiv pomishena na biokatod povinna vlovlyuvati elektroni z materialu elektroda vuglecyu abo grafitu j utvoryuvati zavdyaki yim voden MehanizmMalyunok 1 Priklad dvokamernoyi sistemi virobnictva metanu v yakij vidbuvayetsya elektrometanogenez Mehanizm elektrometanogenezu navedeno na malyunku 1 Voda vvoditsya v sistemu z anodom biokatodom ta mikrobami Na anodi mikrobi prityaguyut molekuli H2O yaki okislyuyutsya pislya vklyuchennya elektrichnogo strumu vid dzherela zhivlennya Kisen vidilyayetsya z boku anoda Protoni ta elektroni otrimani z H2O prohodyat cherez membranu de voni potraplyayut u material biokatoda Inshi mikrobi na biokatodi zdatni perenositi novi elektroni z materialu biokatoda j utvoryuvati protoni Ci protoni potim vikoristovuyutsya v osnovnomu shlyahu yakij privodit do utvorennya metanu v elektrometanogenezi vidnovlennya CO2 CO2 nadhodit na biokatodnij bik sistemi de vin vidnovlyuyetsya protonami sho produkuyutsya mikroorganizmami z utvorennyam H2O ta metanu CH4 Viroblenij metan potim mozhna vipustiti z boku biokatoda ta zberegti ObmezhennyaOdnim iz obmezhen ye vtrata energiyi v bioelektrohimichnih sistemah yaki viroblyayut metan Ce vidbuvayetsya vnaslidok perenaprugi na anodi membrani ta biokatodi Vtrati energiyi znachno znizhuyut efektivnist procesu She odne obmezhennya biokatod Zvazhayuchi na vazhlivist biokatoda dlya elektronnogo obminu ta utvorennya metanu jogo sklad znachnoyu miroyu vplivaye na efektivnist reakciyi Roblyatsya sprobi pokrashiti biokatodi vikoristovuvani v elektrometanogenezi kombinuvannyam materialiv zminennyam formi abo riznoyu poperednoyu obrobkoyu poverhni biokatoda tim samim pidvishuyuchi biosumisnist Div takozh en en en en Elektrogidrogenez Mikrobni palivni elementi Fotoelektroliz Reakciya Sabatye Sanderana Mikrobnij elektrosintezPrimitkiCheng Shaoan 15 travnya 2009 Direct Biological Conversion of Electrical Current into Methane by Electromethanogenesis Environmental Science amp Technology 43 10 3953 3958 Bibcode 2009EnST 43 3953C doi 10 1021 es803531g ISSN 0013 936X PMID 19544913 Tuomas Kangasniemi 7 kvitnya 2009 Tekniikka amp Talous fin Arhiv originalu za 17 lipnya 2011 Procitovano 7 kvitnya 2009 Green Car Congress 30 bereznya 2009 Arhiv originalu za 23 zhovtnya 2018 Procitovano 9 kvitnya 2009 Blasco Gomez Ramiro 20 kvitnya 2017 On the Edge of Research and Technological Application A Critical Review of Electromethanogenesis International Journal of Molecular Sciences 18 4 doi 10 3390 ijms18040874 ISSN 1422 0067 PMID 28425974 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite journal title Shablon Cite journal cite journal a Obslugovuvannya CS1 Storinki iz nepoznachenim DOI z bezkoshtovnim dostupom posilannya Batlle Vilanova Pau 16 sichnya 2014 Assessment of biotic and abiotic graphite cathodes for hydrogen production in microbial electrolysis cells International Journal of Hydrogen Energy angl 39 3 1297 1305 doi 10 1016 j ijhydene 2013 11 017 ISSN 0360 3199 Geppert Florian 1 listopada 2016 Bioelectrochemical Power to Gas State of the Art and Future Perspectives Trends in Biotechnology angl 34 11 879 894 doi 10 1016 j tibtech 2016 08 010 ISSN 0167 7799 PMID 27666730 Hara Masahiro 2013 Mechanism of Electromethanogenic Reduction of CO2 by a Thermophilic Methanogen Energy Procedia 37 7021 7028 doi 10 1016 j egypro 2013 06 637 ISSN 1876 6102 Croese Elsemiek December 2011 Analysis of the microbial community of the biocathode of a hydrogen producing microbial electrolysis cell Applied Microbiology and Biotechnology 92 5 1083 1093 doi 10 1007 s00253 011 3583 x ISSN 0175 7598 PMID 21983651 Zhou Huihui 2019 English Arhiv originalu za 16 grudnya 2021 Procitovano 12 travnya 2022