Αξιοποίηση προδιαλεγμένων στην πηγή οικιακών βιοαποβλήτων για την παραγωγή ηλεκτρισμού σε μικροβιακό κελί καυσίμου δύο θαλάμων (MFC) - Κανέλλος, Γεράσιμος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV), 2017)
H Μικροβιακή Κυψελίδα Καυσίμου (MFC) είναι ένας βιοαντιδραστήρας ο οποίος μετατρέπει την ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στους χημικούς δεσμούς οργανικών ενώσεων απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω ηλεκτροκαταλυτικών αντιδράσεων των μικροοργανισμών υπό αναερόβιες συνθήκες. Μια τυπική ΜΚΚ αποτελείται από τον ανοδικό και τον καθοδικό θάλαμο οι οποίοι διαχωρίζονται μεταξύ τους μέσω μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων (PEM). Οι μικροοργανισμοί στην άνοδο οξειδώνουν τα οργανικά υποστρώματα και παράγουν ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Τα πρωτόνια διοχετεύονται στον καθοδικό θάλαμο μέσω της PEM, και τα ηλεκτρόνια μέσω του εξωτερικού κυκλώματος. Τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια καταναλώνονται στον καθοδικό θάλαμο με παράλληλη αναγωγή του οξυγόνου σε νερό, που είναι η καθοδική αντίδραση που συναντάται συνήθως στις ΜΚΚ. Στην παρούσα μελέτη, τα πειράματα διεξήχθησαν αρχικά χρησιμοποιώντας γλυκόζη, ως πηγή ενέργειας, για τον χαρακτηρισμό μιας ΜΚΚ δύο θαλάμων χωρίς διαμεσολαβητή καθώς και για τον εγκλιματισμό των ηλεκτροπαραγωγών μικροβίων στο ανοδικό ηλεκτρόδιο. Ζυμώσιμα οικιακά απορρίματα συλλέχθησαν από δημότες του Δήμου Χαλανδρίου και στη συνέχεια ξηράνθηκαν και τεμαχίστηκαν σε ξηραντήρα εγκατεστημένο στην περιοχή του Δήμου προς σχηματισμό του προϊόντος FORBI (Food Residue Biomass). Στη συνέχεια, διερευνήθηκε η δυνατότητα παραγωγής βιοηλεκτρισμού από επεξεργασμένο και φιλτραρισμένο FORBI. Χαρακτηρισμοί (pH, αγωγιμότητα, Χημικά Απαιτούμενο Οξυγόνο (ΧΑΟ), υδατάνθρακες) του αποβλήτου διεξήχθησαν πριν και κατά την χρήση του ως πηγή ενέργειας στη ΜΚΚ. Εξετάστηκε η επίδραση των διαφορετικών αρχικών συγκεντρώσεων (0.7, 0.9, 1.4, 2.8 g XAO/L) στην απόδοση και λειτουργία του συστήματος. Παρατηρήθηκε ότι η αύξηση της αρχικής συγκέντρωσης του αποβλήτου οδήγησε σε αντίστοιχη αύξηση τόσο του απαιτούμενου χρόνου λειτουργίας όσο και της μέγιστης χωρητικότητας του συστήματος. Ειδικότερα, ο απαιτούμενος χρόνος λειτουργίας παρατηρήθηκε ότι συνδέεται γραμμικά με την αρχική συγκέντρωση του υποστρώματος (y = 42.332x + 44.752). Η απομάκρυνση του ΧΑΟ κυμάνθηκε μεταξύ 71% και 83%. Η απόδοση σε ηλεκτρικό φορτίο (coulombic efficiency, CE) που ελήφθη κυμάνθηκε σε εύρος ~ 2% για όλες τις εξεταζόμενες συγκεντρώσεις. Η βέλτιστη απόδοση του συστήματος καταγράφηκε κατά την υψηλότερη αρχική συγκέντρωση αποβλήτου (2.8 g ΧΑΟ/L). Συγκεκριμένα παρουσίασε δυναμικό 0.038 V και απέδωσε μέγιστη πυκνότητα ισχύος 27 mW/m2 (κανονικοποιημένη ως προς τη γεωμετρική επιφάνεια του ανοδικού ηλεκτροδίου (A = 21.6 cm2)) που αντιστοιχούσε σε πυκνότητα ρεύματος 83 mA/m2. Εξετάστηκε επιπρόσθετα η χρήση της γλυκόζης στην ΜΚΚ, ως πηγή ενέργειας, για συγκριτικούς λόγους. Κατά τη χρήση γλυκόζης η μέγιστη πυκνότητα ισχύος ήταν 21 mW/m2 με απόδοση ηλεκτρικού φορτίου ίση με ~ 3%. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι άμεσα βιοαποικοδομήσιμα υποστρώματα, όπως το προϊόν FORBI, μπορούν ναχρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά για την ενίσχυση της παραγωγής βιοηλεκτρισμού σε Μικροβιακή Κυψελίδα Καυσίμου δύο θαλάμων.