2. Микробные биотопливные ячейки

Рисунок 1. Схематическое изображение микробной биотопливной ячейки: (A) С микробным биореактором, обеспечивающим отделение топлива от анодной области электрохимической ячейки. (B) С микробным биореактором без отделения топлива от анодной области электрохимической ячейки. 

 

Согласно другому подходу, процесс микробиологической ферментации происходит непосредственно в анодном отделении топливной ячейки, снабжая анод получаемыми 'на месте' продуктами ферментации (Рисунок 1 (B)). В этом случае рабочие условия в анодном отделении диктует биологическая система, так что они значительно отличаются от тех, что существуют в обычных топливных ячейках. В этом случае мы имеем действительно биотопливную ячейку, а не просто комбинацию биореактора с топливным элементом. Эта конфигурация часто основана на биологическом выделении газообразного водорода, но электрохимическое окисление H2 выполняется в присутствии биологических компонентов в мягких условиях. В роли топлива в системах этого типа могут применяться другие метаболические продукты (например, формиат, H2S).

Третий подход предполагается использование медиаторов электронного переноса, которые могут переносить электроны между микробиальной биокаталитической системой и электродом. Молекулы переносчика берут электроны от биологической электронной транспортной цепи микроорганизмов и транспортируют их к аноду биотопливной ячейки. В этом случае биокаталитический процесс, происходящий в микроорганизмах, становится отличным от природного, так как электронный поток идет к аноду, а не к природному акцептору электронов. Так как природный акцептор электронов обычно более эффективен, этот процесс может конкурировать с желаемой схемой, поэтому он обычно удаляется из системы. В большинстве случаев, микробиологическая система работает в анаэробных условиях (когда O2 - конечный акцептор электронов природного дыхания), обеспечивая транспорт электронов в направлении медиатора и, наконец, к аноду.