Mikrobielle Brennstoffzellen - ein Weg, um sauberen Strom aus Abwasser generieren

6 Schritt:Schritt 1: Zusammenfassung Schritt 2: Ein wenig über uns Schritt 3: Forschung Schritt 4: Unsere Methode Schritt 5: Ergebnisse Schritt 6: Fazit

Mikrobielle Brennstoffzellen - ein Weg, um sauberen Strom aus Abwasser generieren

Mehr als 1,5 Milliarden Menschen auf der Welt haben keinen Zugang zu Elektrizität. Das bedeutet, dass 1 von 5 Menschen gezwungen sind, ohne etwas, das ein Großteil der Welt für selbstverständlich jeden Tag zu leben! Ohne Strom, diese Menschen sind nicht in der Lage zu kühlen Essen / Medizin, haben eine garantierte Lichtquelle oder auch Zugang zu sauberem Heizmethoden. In der Tat, nach einem gemeinsamen Bericht des Entwicklungsprogramms der Vereinten Nationen und der Weltgesundheitsorganisation WHO-Bericht, sterben 2 Millionen Menschen unnötigerweise jedes Jahr aufgrund von Einatmen der Innen Rauch aus der Verbrennung von Kohle, Ernterückständen, Holz und sogar Dung zum Heizen verursacht und Kochzwecke. Das ist genau der Grund, warum wir dies ändern wollen. Unser Ziel ist es, eine einfache und kostengünstige Methode, um Energie zu diesen 1,5 Milliarden Menschen versorgen zu finden. Wir hoffen, hauptsächlich Gebrauch von Gegenständen, die zugänglich sein würden oder könnten leicht an Personen in need.Step 1 geliefert werden: Zusammenfassung




Mangel an Elektrizität in vielen weniger entwickelten Ländern veranlasste uns, dieses Projekt auf die Google Science Fair einzureichen durchzuführen. Wir haben eine mikrobielle Brennstoffzelle (MFC) mit leicht zugänglichen und billigen Materialien. Das MFC verwendet Abwasser und Lactobacillus um Wasserstoffperoxid, das, wenn es durch eine Protonenaustauschmembran gedrückt wird, erzeugt Strom sauber und kostengünstig zu erstellen. Der Protonenaustauschmembran, die Wasserstoffperoxid-Moleküle und erlaubt nur Wasserstoffionen getrennt passieren. Freie Elektronen durch ein Kohlenstoffstabanode ging und wurde als Strom genutzt.
Der MFC wurde in einer Garage eingestellt und 5 Tage verwendet. Ein Multimeter wurde an die Anode und Kathode, um zu testen und Aufzeichnen der elektrischen Ausgabe des MFC angeschlossen. Das MFC bestand aus einem Anoden- und Kathodenraum. Der Anodenraum wurde mit 'Abwasser' oder verschmutzt Teichwasser und Joghurt enthält Lactobacillus gefüllt. Es wurde in die Kathodenkammer unter Verwendung von PVC-Segmente mit der Protonenaustauschmembran in sie angebracht ist. Die Kathodenkammer wurde dann mit Leitungswasser und einem Phosphatpuffer auf pH-Werte beizubehalten gefüllt. Unsere Ergebnisse zeigen das Potenzial Wirksamkeit der MFCs. Zusätzliche Finanzierung, Forschung und Untersuchung würde für mehr Praktikabilität bei der Entwicklung nations.Step 2 ermöglichen: Ein wenig über uns


Wir, Austin Simonson, Frank Zhang, und Willy Ju sind juniors (11. Klasse) besucht Mira Loma High School in Sacramento, CA. Wir alle sind in der International Baccalaureate-Programm (auch bekannt als "IB") eingeschrieben und sind auf dem Weg, wenn unsere IB Diplome im nächsten Jahr. Wir sind alle unter strenge Kurse in den Naturwissenschaften und Mathematik, uns herausfordern und um zu helfen, uns bei der Verfolgung unserer zukünftigen Karrierewege. Wir bemühen uns, die weltweit neben Ärzten, Chemikern und Ingenieuren geworden. Mit unserer Leidenschaft für die Wissenschaft, wir alle zusammen kamen, um unser Wissen bei der Schaffung eines Modells, das die Welt in der Lage zu schätzen und in der Gesellschaft weiter anwenden. Unsere Hoffnungen und Ehrgeiz sind, dass unsere Bemühungen eines Tages einen Einfluss auf unsere Welt in naher Zukunft.
Während alle drei von uns bemühen, einige der bekanntesten Hochschulen in den USA, egal, wo wir am Ende die Teilnahme zu besuchen, unser Ziel gleich bleiben: so viel wie wir können und unser Wissen nutzen, um das Leben besser lernen der alle um uns herum. In unserer Freizeit (wenn wir einige finden), wir mögen Wandern in der freien Natur, Basteln, Lernen neue und interessante Dinge, und natürlich, die Verbindung mit unseren Freunden über soziale media.Step 3: Forschung


Studien haben die praktische und hilfreiche Anwendungen der mikrobiellen Brennstoffzellen (MFCs) gezeigt. Praktisch jede organische Substanz, wie beispielsweise von Menschen, Tieren, und industriellen Abwässern, zusammen mit Zucker, Stärke und Cellulose, kann verwendet werden, um eine MFC Kraftstoff zur Stromerzeugung werden. MFCs haben auch Potenzial, Abwasser zu behandeln und kann in Wasseraufbereitungsanlagen implementiert werden. Vor diesem Hintergrund haben wir uns mit den Möglichkeiten der tatsächlich den Bau eines MFC mit leicht zugänglichen, preiswert und üblichen Materialien. Untersuchen Sie die Teile einer typischen MFC, um die Materialien eine effektive MFC können Hunderte von Dollar zu bauen. Mit Hilfe von billigem können gängige Materialien sind die Kosten der Materialien erheblich reduziert werden.
Wie es funktioniert: Es gibt zwei Kammern: die Anode und die Kathode. Die Anode, die Bakterien (Lactobacillus) und organische Materie, während die Kathode eine Phosphatpuffer (pH 7,7). Die Bakterien im Anoden müssen anaerobe Atmung, die einen Hohlraum von Sauerstoff in der Kammer benötigt, während die Kathode benötigt, um eine Anwesenheit von Sauerstoff, erhielten. Da die Elektronen in der Anode oxidiert werden, werden die Elektronen dann durch einen Draht mit einem Kohlenstoffstab von der Anode zur Kathode verbunden geführt, wodurch das Wasser in der Kathode. Wasserstoffionen, die bei den Reaktionen in der Anode erzeugt werden, werden ebenfalls von der Anode zu der Kathode durch eine halbdurchlässige Membran für Protonen (H + -Ionen) bewegt wird. Dies schafft eine elektrochemischen Gradienten, die für den Strom durch die wire.Step 4 fließen lässt: Unsere Methode

Mikrobielle Brennstoffzellen - ein Weg, um sauberen Strom aus Abwasser generieren

Mikrobielle Brennstoffzellen - ein Weg, um sauberen Strom aus Abwasser generieren

Mikrobielle Brennstoffzellen - ein Weg, um sauberen Strom aus Abwasser generieren

Materialien
Das Ziel dieses Projektes war es, einfach zu verwenden Materialien in Entwicklungsländern leicht zugänglich. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden alte 2-Liter-PET-Flaschen als Behälter verwendet wird, als Elektroden dienenden Kohlenstoffstangen, Nafion 117 als Protonenaustauschmembran (PEM), einem Phosphatpuffer auf pH-Wert in der Kathodenkammer, und PVC-Rohre und Kupplung aufrechtzuerhalten. Zusätzliche Materialien enthalten heißen Leim, Klebeband, Kupferdrähte und ein Multimeter. PEM kann natürlich durch Hühnereiern gewonnen werden, während die Kohlenstoffstangen werden in einem nicht-Alkalibatterien festgestellt, so dass die beiden wesentlichen Materialien könnten in weniger entwickelten Nationen erworben werden. Darüber hinaus könnten alle Kunststoffbehälter, Rohre und Leiter verwendet werden. Heißkleber und Band wurde verwendet, um die Anordnung zusammenzuhalten, aber jede angemessene Material ausreichen könnte. Schließlich wurde das Multimeter verwendet, um die von der mikrobiellen Brennstoffzelle (MFC) erzeugten Strom zu testen, würde aber von dem Zielgerät in der tatsächlichen Nutzung ersetzt werden. Schließlich wurde das Abwasser verwendet schmutzigen Teich Wasser aus einem Bach entnommen und die Zellkultur verwendet wurde Lactobacillus, vom Joghurt gemacht. Im tatsächlichen Gebrauch kann Abwasser verwendet schmutzigen Abwassers so sein, Exkremente und Müll im Wasser. Lactobacillus kommt in der Natur, vor allem in vielen Milchprodukten. Eine weitere Vielzahl von Bakterien können ebenfalls eingesetzt werden.
Verfahren
Löcher wurden in der gleichen Stelle in beiden Sodaflaschen geschnitten, so dass ein Kunststoff-Aufsatz könnten seitlich platziert werden. Die beiden PVC-Segmente wurden durch die Löcher geführt und mit Klebeband und Heißkleber, um eine wasserdichte Abdichtung zu bilden gesichert. Die PEM wurde über ein Ende des Segments PVC gestreckt, und dann wurden beide Segmente miteinander verbunden sind unter Verwendung des Kopplers, wodurch Verriegeln des PEM vorhanden. Die Carbon-Stäbe wurden geschliffen und dann in destilliertem Wasser eingeweicht, um die Wirksamkeit zu erhöhen. In der Anodenkammer wurde Joghurt und schmutzigen Teich Wasser im Inneren platziert. Der Kathodenraum wurde mit Süßwasser und einem 7.7pH Phosphatpuffer gefüllt. Schließlich wurden die Kohlenstoffstangen in beiden Kammern eingebracht und auf Drähte, die an das Multimeter führen, angebracht. Das Multimeter wurde alle 6 Stunden überprüft. Eine Videokamera wurde eingestellt, um das Multimeter in der Nacht mit der niedrigsten Bildrate, kein Ton, und niedriger Auflösung, so dass wir die Messwerte am Morgen durch einen Sprung auf den richtigen Zeitpunkt zu überprüfen aufzeichnen.
Kontrolle
Anordnung wurde in einem fensterlosen Garagen über einen Zeitraum von mehreren Tagen, an denen die Temperatur lag im Bereich von (low) und 7-9C (hoch) 25-28C (13-17 April) gehalten wird, wenn die Temperatur beeinflusst das Wachstum von Lactobacillus (Siegrist). Ein Katholyt behielt der Phosphatpuffer pH-Wert der Kathodenkammer. Eine kleine Leuchtstofflampe wurde neben dem Setup, das die Kamera auf Rekord erlaubt drehte sich um und um, um den Lichtpegel des Setup zu erhalten.
Zusätzliche Sicherheit
Das Abwasser wurde sicher entsorgt und der Anodenraum danach gründlich gereinigt. Kohlenstoffstäbe wurden als Chemikalien in Batterien erworben haben könnte möglicherweise schon gesundheitsgefährdend, wenn nicht geöffnet correctly.Step 5: Ergebnisse


Obwohl dies nur in geringem Umfang durchgeführt, konnten wir einige interessante Ergebnisse zu sehen.
Im Laufe des Experiments, maßen wir die täglich erzeugte Spannung:
Tag 1 bis 0,33 V Day 2-0,36 V Day 3-0,32 V Day 4-0,31 V Day 5-0,30 V Day 6-0,30 V
Wie Sie aus den Daten sehen können, erzeugt die Spannung war am zweiten Tag, wenn auch, zwischen Tag 3 bis Tag 6, die Spannung nur fiel 0,02 V, zeigt, dass dies eine praktikable Quelle für kontinuierliche Stromproduktion, vor allem wenn sich ständig gepflegt und "gefüttert" (durch Zugabe von mehr Glukose, organische Materialien, Lactobacillus, usw. je nach Bedarf).
Darüber hinaus könnte die Spannung auch durch die Verknüpfung dieser "Kammern" miteinander in Reihe erhöht werden. Aus Informationen, die wir gerade herausgefunden, es kann auch mehr Spannung zu erzeugen mit einer Zinkelektrode, die auf der Anodenseite und einer Kohlenstoffelektrode auf der Kathodenseite, aber wir haben noch nicht diese Theorie geprüft. Im großen Maßstab hat dieses Potential zu Hunderten von Volt zu erzeugen, wenn sie richtig zusammengebaut und gewartet werden.
EDIT:
Eine Menge Leute haben über die aktuelle gebeten. Mit 80 Ohm externer Widerstand, waren wir in der Lage, etwas mehr als 3,1 mA zu erreichen. Darüber hinaus, denken Sie daran, dass dies eine grobe Prototyp dessen, was möglich ist. Denken Sie daran, dass Abwasser verwendet wird, nicht sauberes Wasser, und es ist unvermeidlich, dass Abwasser wird immer angelegt werden. Dies ist einfach ein Zwischenschritt zwischen der Herstellung von Abwasser und zur Reinigung von it.It könnte etwas leicht in einer bereits errichteten Abwasserreinigungsanlage durchgeführt werden. Und würde keine Auswirkungen auf den Betrieb haben wenig, außer Erzeugung electricity.Step 6: Fazit


Abschluss
Wie wir aus diesen Informationen, obwohl die Menge des erzeugten Stroms ist scheinbar unbedeutende, verglichen mit der Menge an Elektrizität, die Welt in einem Tag verwendet, ist es ein Schritt in die Richtung von sauberer Energie für alle. Wenn zu einem größeren Maßstab umgesetzt werden dieses Konzept war, wären die Ergebnisse sehr signifikant bei der Unterstützung beitragen, die Energieprobleme der Welt. Auch wenn dies hilft nur eine Person, es das alles wert wäre.
Einschränkungen der aktuellen Studie
Als unser Experiment wurde auf einem kleinen Maßstab unter Verwendung von Materialien wie Plastikflaschen durchgeführt, wäre es auf jeden Fall ein Unterschied sein, wenn in einem größeren Maßstab, die zu bestimmten müssten durchgeführt und behoben werden, bevor Tests / Umsetzung dieses Konzeptes in einem größeren Maßstab. Wie die meisten jedem Experiment ist menschliches Versagen fast immer ein entscheidender Faktor; im Laufe dieser Studie haben wir unser Bestes, um diesen Fehler auf ein Minimum zu halten. Darüber hinaus waren wir nur in der Lage, den Lactobacillus Bakterium, das eines von vielen Bakterien, die akzeptabel für diese Form der Energieerzeugung hätte verwenden.
Empfehlungen für die weitere Forschung
Das Experiment kann unter Verwendung von Bakterien, die ausreichende Eigenschaften für diese Art der Energieerzeugung hat, um zu bestimmen, wenn eine Form in der Lage ist, mehr Strom zu erzeugen wiederholt werden. Anderen Elektroden als Kohlenstoffstangen (wie Zinkdraht) verwendet werden könnte, und getestet, um festzustellen, ob das die Gesamtenergieabgabe zu beeinflussen.
Da es sich um unseren Zugang zu Google Science Fair, würden wir uns sehr freuen, keine "likes", "Aktien", "Stifte", oder was immer Sie sich vorstellen können! Geben Sie bitte unseren YouTube Video ein "Daumen hoch" und die Zeit nehmen, auch für uns zu stimmen hier auf Instructables! Danke!