Получение экологически чистой энергии из биомассы экстремофильных организмов
Автор: Фасхутдинова Е. Р., Дроздова М. Ю., Дмитриева А. И., Бакеев Р. Д.
Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu
Рубрика: Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации
Статья в выпуске: 4 т.15, 2022 года.
Бесплатный доступ
Экологическая обстановка вынуждает искать альтернативу традиционным видам топлива. Интерес исследователей в последнее время направлен на микробные топливные элементы (МТЭ) и получение экологически чистой энергии с помощью микроорганизмов без загрязнения окружающей среды. Мало изученным, но перспективным направлением стало использование экстремофильных микроорганизмов, способных существовать в экстремальных условиях. Примером таких бактерий являются железобактерии, обитающие в почвах угольных отвалов. Субстратом для МТЭ могут служить компоненты сточных вод. Цель исследования - получение биоэнергии с помощью железобактерий. В результате выделено 5 изолированных культур железобактерий путем культивирования суспензии почвы угольного отвала «Моховский». Проведен ряд исследований по подбору оптимальных условий эксплуатации МТЭ. Установлено, что культуры № 1 и № 2 экстремофильные, так как генерировали максимальное напряжение (350,9 мВ и 346,8 мВ) в среде с pH=3. Подтверждено, что отобранные таким образом культуры биосовместимы. Составлен консорциум данных культур в соотношении 1:1, который использовали в дальнейших экспериментах. По итогам исследования установлено, что наиболее оптимальная температура для эксплуатации МТЭ - 37 °С, консорциум бактерий при этом генерировал напряжение 256,1 мВ. Наиболее оптимальным временем эксплуатации МТЭ определено 48 ч, по прошествии которого бактерии генерировали напряжение 212,3 мВ. Наиболее оптимальным субстратом для загрузки в МТЭ оказалась среда, содержащая в своем составе глюкозу и раствор микроэлементов. На этой подложке бактерии генерировали напряжение 403,4 мВ. По прошествии оптимального времени эксперимента зафиксировано осветление субстрата № 1 и выпадение осадка на дно камеры, что свидетельствует о том, что МТЭ может также использоваться для очистки сточных вод.
Биоэнергия, экстремофильные микроорганизмы, железобактерии, микробный топливный элемент, сточные воды
Короткий адрес: https://sciup.org/146282461
IDR: 146282461 | DOI: 10.17516/1999-494X-0405
Список литературы Получение экологически чистой энергии из биомассы экстремофильных организмов
- The main indicators of environmental protection. Statistical Bulletin, 2021, 110.
- Нездоровая атмосфера: 2020 год установил шестнадцатилетний рекорд по заражениям воздуха [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://finexpertiza.ru/ press-service/researches/2022/rekord-vysok-zagr-vozd/ [Nezdorovaya atmosfera: 2020 god ustanovil shestnadcatiletnij rekord po zagryazneniyam vozduha [Electronic resource] - Access: https://finexpertiza.ru/press-service/researches/2022/rekord-vysok-zagr-vozd/]
- Shulga R.N., Putilova I. V. Multi-agent direct current systems using renewable energy sources and hydrogen fuel cell. International Journal of Hydrogen Energy, 2020, 45(11), 6982-6993.
- Choudhury P., Prasad Uday U. S., Bandyopadhyay T. K., Ray R. N., Bhunia B. Performance improvement of microbial fuel cell (MFC) using suitable electrode and Bioengineered organisms: A review. Bioengineered, 2017, 8(5), 471-487.
- Bose D., Dey A., Banerjee T. Aspects of bioeconomy and microbial fuel cell technologies for sustainable development. Sustainability: The Journal of Record, 2020, 13(3), 107-118.
- Bose D., Dhawan H., Kandpal V., Vijay P., Gopinath, M. Sustainable power generation from sewage and energy recovery from wastewater with variable resistance using Microbial Fuel Cell. Enzyme microb. tech., 2018, 1(18), 92-101.
- Kim K.Y., Yang W., Evans P. J., Logan B. E. Continuous treatment of high strength wastewaters using air-cathode microbial fuel cells. Bioresource technol., 2016, 221, 96-101.
- Mandley S.J., Daioglou V., Junginger H. M., van Vuuren D. P., Wicke B. EU bioenergy development to 2050. Renewable and sustainable energy reviews. 2020, 127, 109858.
- Jadhav D.A., Mungray A. K., Arkatkar A., Kumar S. S. Recent advancement in scaling-up applications of microbial fuel cells: from reality to practicability. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 2021, 45, 101226.
- Pandit S., Savla N., Sonawane J. M., Sani A. M., Gupta P. K., Mathuriya A. S., et al. Agricultural waste and wastewater as feedstock for bioelectricity generation using microbial fuel cells: recent advances. Fermentation, 2021, 7(3), 169. https://doi.org/10.3390/fermentation7030169
- Moradian J. M., Fang Z., Yong Y. C. Recent advances on biomass-fueled microbial fuel cell. Bioresources and bioprocessing, 2021, 8(1), 1-13.
- Cao Y., Mu H., Liu W., Zhang R., Guo J., Xian M., et al. Electricigens in the anode of microbial fuel cells: pure cultures versus mixed communities. Microb cell fact, 2019, 18(1), 1-14.
- Breheny M., Bowman K., Farahmand N., Gomaa O., Keshavarz T., Kyazze, G. Biocatalytic electrode improvement strategies in microbial fuel cell systems. J. Chem. Technol. Biot., 2019, 94(7), 2081-2091.
- Shrestha N., Chilkoor G., Vemuri B., Rathinam N., Sani R. K., Gadhamshetty V. Extremophiles for microbial-electrochemistry applications: a critical review. Bioresource technol., 2018, 255, 318-330.
- Kaczorek E., Smulek W. Special Issue «Study of Biodegradation and Bioremediation». Processes, 2021, 9(7), 1130.
- Nadudvari A., Kozielska B., Abramowicz A., Fabianska M., Ciesielczuk J., Cabala, J., et al. Heavy metal-and organic-matter pollution due to self-heating coal-waste dumps in the Upper Silesian Coal Basin (Poland). J. Hazard. Mater., 2021, 412, 125244.
- Мизанбекова С. К. Инновационные технологии очистки сточных вод для ресурсосберегающей деятельности комбикормовых предприятий [Mizanbekova S. K., Bogomolova I. P., Vasilenko I. N., Urazova О. А. Innovative Wastewater Treatment Technologies for Resource-Saving Activities of Feed Mills. Food Processing: Techniques and Technology, 2021, 51(4), 743-752. (In Russian)].
- Kumar S. S., Kumar V., Malyan S. K., Sharma J., Mathimani T., Maskarenj M. S. et al. Microbial fuel cells (MFCs) for bioelectrochemical treatment of different wastewater streams. Fuel, 2019, 254, 115526.
- Singh H. M., Pathak A. K., Chopra K., Tyagi V. V., Anand S., Kothari R. Microbial fuel cells: a sustainable solution for bioelectricity generation and wastewater treatment. Biofuels, 2019, 10(1), 11-31.
- Elhenawy S., Khraisheh M., AlMomani F., Al-Ghouti M., Hassan M. K. From Waste to Watts: Updates on Key Applications of Microbial Fuel Cells in Wastewater Treatment and Energy Production. Sustainability, 2022, 14(2), 955.
- Гхорбанзадех Н., Лакзиан А., Хагхниа Г. Х., Карими А. Р. Выделение и идентификация железовосстанавливающих бактерий и оценка их роли в доступности железа в карбонатных почвах, Почвоведение, 2014, 12, 1490 [Ghorbanzadeh N., Lakzian A., Haghnia G. H., Karimi A. R. Isolation and identification of ferric reducing bacteria and evaluation of their roles in iron availability in two calcareous soils. Pochvovedenie, 2014, 12, 1490. (In Russ.)]
- Федорюк Е.Д., Нянникова Г. Г. Выделение культур железо- и марганецокисляю-щих микроорганизмов. Наука и образование в современной конкурентной среде, 2015, 1(2), 3-8 [Fedoryuk E. D., Nyanikova G. G. Isolation of cultures of iron- and manganese-oxidizing microorganisms. Science and education in the modern competitive environment, 2015, 1(2), 3-8 (In Russan)]
- Волкова Г.С., Куксова Е. В., Серба Е. М. Изучение биологических межштаммовых взаимодействий и ростовых свойств производственных штаммов молочнокислых бактерий. Актуальные вопросы молочной промышленности, межотраслевые технологии и системы управления качеством, 2020, 1(1), 104-109. [Volkova G. S., Kuksova E. V., Serba E. M. Study of biological inter-strain interactions of probiotic bacteria for the production of a combined starter culture. Topical issues of the dairy industry, intersectoral technologies and quality management systems. 2020, 1(1), 104-109. (In Russian)]
