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微生物燃料電池：新型產(chǎn)能生物技術(shù)
（作者未知） 2010/5/26
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IVIFC：支柱性核心技術(shù)
污物驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用在于能夠顯著的移除廢棄的底物。目前，使用傳統(tǒng)的好氧處理時(shí)，氧化每千克碳水化合物就需要消耗1 kWh的能量。例如，生活污水的處理每立方米需要消耗0.5 kWh的能量，折算后在這一項(xiàng)上每人每年需要消耗的能源約為30 kWh。為了解決這一問題，需要開發(fā)一些技術(shù)，特別是針對高強(qiáng)度的廢水。在這一領(lǐng)域中常用的是Upflow Anaerobic Sludge Blanket反應(yīng)器，它產(chǎn)生沼氣，特別是在處理濃縮的工業(yè)廢水時(shí)。UASB反應(yīng)器通常以每立方米反應(yīng)器每天10~20 kg化學(xué)需氧量的負(fù)荷速率處理高度可降解性的廢水，并且具有（帶有一個(gè)燃燒引擎作為轉(zhuǎn)換器）35%的總電力效率，意味著反應(yīng)器功率輸出為0.5~1 kW/m3。它的效率主要決定于燃燒沼氣時(shí)損失的能量。未來如果發(fā)展了比現(xiàn)有的能更有效的氧化沼氣的化學(xué)染料電池的話，很可能能夠獲得更高的效率。
能夠轉(zhuǎn)化具有積極市場價(jià)值的某種定性底物的電池，譬如葡萄糖，將以具有高能量效率作為首要目標(biāo)。雖然MFCs的功率密度與諸如甲醇驅(qū)動(dòng)的FCs相比是相當(dāng)?shù)偷�，但是對于這項(xiàng)技術(shù)而言，以底物安全性為代表的多功能性是它的一個(gè)重要優(yōu)勢。
全面的看，作為一種參考，以高速率的厭氧消化手段從生物量中重獲能量的資本支出約為安裝每百萬瓦生產(chǎn)量花費(fèi)100萬瓦。后一數(shù)值也同樣適用于通過傳統(tǒng)的燃燒途徑、風(fēng)力渦輪機(jī)以及化學(xué)染料電池等方法利用化石燃料產(chǎn)能。因此這一手段也處于競爭之地。何況目前，微生物燃料電池尚未達(dá)到這一水準(zhǔn)的功率輸出。負(fù)荷速率為每天每立方米反應(yīng)器0.1~10 kg的化學(xué)需氧量時(shí)，可以認(rèn)為實(shí)際上能達(dá)到的功率輸出在0.01~1.25 kW/m3之間。然而，對于好氧的處理過程，觀察到的生長速率為消耗每克有機(jī)底物產(chǎn)生0.4克生物量生成，而對于厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的過程這一速率理論上僅為0.077�；贛FC過程的本質(zhì)，其產(chǎn)量應(yīng)該介于這兩種代謝類型之間。觀察到的以葡萄糖飼喂的MFCs的生長速率在0.07~0.22之間。由于廢水處理設(shè)備中淤泥處理的花費(fèi)多達(dá)每噸干物質(zhì)500，這一數(shù)量的減少對于該過程的經(jīng)濟(jì)平衡具有重要的提示意義。
有效的設(shè)計(jì)和操作能夠創(chuàng)造一種技術(shù)平臺，能夠在多種領(lǐng)域運(yùn)用而不需要進(jìn)行本質(zhì)上的修改。除卻經(jīng)濟(jì)方面，MFCs已經(jīng)展現(xiàn)了支柱性的核心技術(shù)的姿態(tài)。它們在低的和適中的溫度下能有效的產(chǎn)生能量并轉(zhuǎn)化一系列的電子供體，甚至即使電子供體僅以低濃度存在。在這些方面現(xiàn)在還沒有能夠與之相媲美的其他已知技術(shù)。
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