تقارير التكنو طاقة تقارير الكهرباء تكنو طاقة رئيسية كهرباء

خلايا الوقود الميكروبية.. تقنية جديدة لتوليد الكهرباء النظيفة من الزيوت النباتية

محمد عبد السند

2023-03-25

0 1٬411

خلايا الوقود الميكروبية — زيت نباتي - الصورة من موقع "مايننغ دوت كوم"

يكثّف العلماء جهودهم من أجل ابتكار وسائل جديدة لتوليد كهرباء نظيفة، في ظل عدم اليقين الذي يكتنف صناعة الوقود الأحفوري، وكان آخرها تقنية خلايا الوقود الميكروبية.

يولي الباحثون أهمية خاصة بإنتاج الكهرباء المتجددة، بوصفها طريقة مضمونة لتخفيف أزمة الاحترار العالمي الحالية.

وتتويجًا لتلك المساعي، طور باحثون إيرانيون محفز أنود جديدًا منخفض التكلفة يتمتع بالقدرة على تحسين كفاءة توليد الكهرباء لخلايا الوقود الميكروبية التي تعالج مياه الصرف الخاصة بصناعة الزيوت النباتية، حسبما أورد موقع "مايننغ دوت كوم" Mining.Com.

وفي ورقة بحثية نُشرت في دورية التقنية الكيميائية والتقنية الحيوية، قال العلماء إن خلايا الوقود الميكروبية تحول الطاقة الكيميائية المُخزنة في المواد العضوية الموجودة بمياه الصرف إلى كهرباء باستخدام البكتريا كونها عاملًا محفزًا، وفق معلومات طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.

تحسين التقنية

يعكف فريق الباحثين منذ سنوات على استكشاف الكيفية التي يمكن من خلالها تعديل الأقطاب الكهربائية لتعزيز كفاءة تلك التقنية.

وقال مؤلف الدراسة حسين جعفري منصوريان، في بيان إعلامي: "يبرز تصميم القطب الكهربائي التحدي الأكبر في جعل خلايا الوقود الميكروبية تقنية ميسورة التكلفة وقابلة للتطوير، ويؤدي أنود خلايا الوقود الميكروبية دورًا حيويًا في نقل الإلكترون خارج الخلية بين البكتريا النشطة كهربائيًا، وسطح القطب الكهربائي الصلب".

وأوضح منصوريان: "في هذا الخصوص، من عظيم الأهمية أن نطور مادة أنود جديدة لها تأثير قوي بين خصائص سطح الأنود والكائنات الحية الدقيقة".

مزايا الأنود وتعديله

يرى منصوريان أن قطب الأنود المرغوب فيه ينبغي أن يتيح توصيلًا جيدًا لتسريع معدل نقل الإلكترون، إلى جانب توافق حيوي كبير، ودرجة سمية منخفضة للميكروبات، ومنطقة سطح محددة تتيح درجة التصاق أعلى بالميكروب ومواقع النشاط الحفزي.

وعلاوة على ذلك، يتيح قطب الأنود المرغوب فيه -أيضًا- استقرارًا كيميائيًا، ومقاومة التآكل، والمرونة، والمتانة، بجانب انخفاض كُلفة التطبيق التجاري لتلك التقنية.

وأضاف: "ولتحسين درجة الالتصاق البكتيري، ونقل الإلكترون بصورة فعالة بين البكتريا وسطح القطب الكهربائي، ينبغي تعديل القطب الكهربائي وزيادة منطقة السطح الخاصة به لضمان عملية توليد كهرباء فاعلة عبر تحليل المركبات العضوية في مياه الصرف".

وتابع منصوريان: "وعلى أساس نتائج تلك الدراسة، تعد مادة ثنائي أكسيد التيتانيوم مرشحًا مناسبًا لتعديل قطب الأنود الكهربائي، كما أنها تعزز النشاط الكهربائي بصورة كبيرة".

تعديل الكاثود

استكشف منصوريان وأعضاء فريق البحث الآخرون -أيضًا- مسألة تعديل قطب الكاثود الكهربائي لتحديد بديل منخفض التكلفة للبلاتينيوم.

وفي هذا الخصوص، استقر الباحثون على الكربون المعدل باستخدام مسحوق الكربون النشط "بي إيه سي" المصنوع –أساسًا- من نبات البامبو (عائلة نباتات البامبو) أو ما يُطلق عليه الخيزران.

ووفقًا لمؤلف الدراسة، تعد النتائج المستقاة من تلك الدراسة هي الأحدث في الجهود المتواصلة الهادفة لتحسين كفاءة خلايا الوقود الميكروبية.

وفي ضوء هذا السيناريو، قال منصوريان: "استخدام الوقود الأحفوري، ولا سيما النفط والغاز، قد تسارعت وتيرته في السنوات الأخيرة، وقد أشعل هذا فتيل أزمة طاقة عالمية".

وتابع: "يُنظر إلى الطاقة الحيوية المتجددة على أنها إحدى الطرق لتخفيف أزمة الاحترار العالمي الحالية".

قيود مختلفة

يرى منصوريان أن كميات كبيرة من مياه الصرف الناتجة عن صناعة الزيوت النباتية، تعني أن متطلبات الكهرباء العالية لمعالجة مياه الصرف التقليدية ليست مستدامة.

وواصل: "بالنظر إلى أن معالجة مياه الصرف التقليدية تواجه قيودًا مختلفة؛ فإن التنفيذ المستدام لخلايا الوقود الميكروبية ربما يكون خيارًا ممكنًا من الناحية التقنية في معالجة مياه الصرف، إضافة إلى توليد الكهرباء النظيفة، وتركيب الهيدروجين الحيوي اصطناعيًا، وعزل الكربون، ومعالجة مياه الصرف الصحي المستدامة بيئيًا".

وأردف منصوريان: "لكي تكون خلايا الوقود الميكروبية خيارًا عمليًا لعلاج مياه الصرف، يتعين توسيع نطاقها لاستيعاب أحجام أكبر لمياه الصرف الآتية، وهو ما برز تحديًا لأسباب عدة، من بينها تقليل المسافة بين الأنود والكاثود لخفض الخسائر الكهربائية، وتنافسية الأسعار مع تقنيات معالجة أخرى".

على صعيد متصل، أشار مؤلف البحث إلى أن المواد المُستخدمة لخلايا الوقود الميكروبية مرتفعة التكلفة، وهي تتضمن أغشية لفصل الأقطاب الكهربائية، والتي تكون عُرضة للتلوث، بجانب مُحفز لتوليد كمية كافية من الكهرباء.

وذكر: "على الأقل، وبعد الحصول على أقطاب الأنود، من الضروري فحص كفاءتها على المدى الطويل في عملية معالجة حقيقية لمياه الصرف، بغية التثبت من استقرارها، ومتانتها، وفاعلية خصائصها الميكانيكية، وتأثيرات التلوث الثانوية الناتجة عنها".

وأتم منصوريان: "ومع ذلك، تمتلك خلايا الوقود الميكروبية إمكانًا من حيث استعادة الطاقة خلال معالجة مياه الصرف، وهي تحتل مكانة مميزة في السوق، من حيث كونها مصدرًا مستقلًا، وأيضًا في المعالجة المباشرة لمياه الصرف".

موضوعات متعلقة..