Криобиологические сосуды > Энергия и биотехнология > Регенерируемый биотопливный элемент

Регенерируемый биотопливный элемент


В этом устройстве биологический компонент предназначен для регенерации электрохимически активных веществ, которые и взаимодействуют с одним или обоими электродами. На рис. 2.8 приведена схема одного из таких устройств. Это — недавно созданный биотопливный элемент на основе фермента; в качест­ве топлива в нем используется метанол.
Биотопливный элемент на основе микробной метанолдегидрогеназы
 
Рис. 2.8. Биотопливный элемент на основе микробной метанолдегидрогеназы. МДГ — метанолдегидрогеназа, ФЭС — феназинэтосульфат, ФМС — феназинме-тосульфат.

Хотя некоторые биотопливные элементы стали экономически выгодными и в них были достигнуты достаточно высокая плот­ность тока на электроде (до 40 мА/см2) и мощность (около 1 кВт), они еще не доведены до того уровня, чтобы их можно было широко внедрять в практику.
Отметим, однако, что в самое последнее время технология биотопливных элементов сильно шагнула вперед. Это касается и элементов с ферментами, где в качестве топлива используют­ся спирт и окись углерода, и элементов с клетками микроорга­низмов. Оба этих типа элементов принадлежат к числу регене­рируемых. В последних используются редокс-медиаторы, спо­собные обратимо проникать сквозь стенку и мембрану микроб­ных клеток. Эти медиаторы реагируют с комцрнентами элект­рон-транспортной цепи, вызывая нечто вроде короткого замыка­ния в биохимической электрохимической системе и подсоединяя ее одновременно к аноду топливного элемента (рис. 2.9). В та­ких устройствах в качестве топлива применяются сахара шш вещества стоков, но теоретически для этой цели может быть ис­пользовано любое вещество, пригодное для роста микробов. Та­кие элементы могут работать довольно длительное время (от не­скольких недель до месяцев), и наиболее совершенные опытные-их образцы по эффективности вполне сопоставимы с лучшими моделями элементов на основе ферментов. Для превращения: световой энергии в электрическую были созданы и похожие на них фотобиоэлектрохимические элементы, в которых электроны,, обладающие высокой энергией, поступают на анод от электрон-транспортной цепи фотосинтезирующих микроорганизмов.
Принципиальная схема регулируемого топливного элемента
 
Рис. 2.9. Принципиальная схема регулируемого топливного элемента, содержа­щего целые клетки микроорганизма.

Судя по современному состоянию разработок биоэлектрохи­мических элементов, вполне реально, что их можно будет ис­пользовать в тех устройствах, где нужна относительно неболь­шая мощность, например для медицинских или военных целей,. а также для производства электроэнергии в отдаленных райо­нах. В ближайшем будущем биотопливные элементы будут ис­пользоваться как чувствительные датчики, поскольку сила тока в них пропорциональна количеству переработанного топлива.