전기전자생식

Electromethanogenesis

전자레탄생성은 전류와 이산화탄소의 생물학적 변환에 의해 메탄이 생성되는 전기연료 생산의 한 형태다.[1][2][3][4]null

2000년 이전까지 메탄가공 기술은 과학계의 관심을 끌었지만 2008년까지는 전기전자생성이 큰 관심 영역이 되지 못했다.촉매 메탄화 관련 출판물은 2008년 이후 44개에서 130개 이상으로 늘었다.[4]전기전자생식은 제안된 적용으로 인해 더 많은 연구를 이끌어냈다.전류를 통한 메탄의 생산은 재생 에너지 저장에 대한 접근법을 제공할 수 있다.[1][4]재생 가능한 에너지원에서 생산된 전류가 전자 한생식을 통해 메탄으로 변환되어 바이오 연료로 사용될 수 있다.[1][4]그것은 또한 공기 정화에 사용될 수 있는 이산화탄소를 포획하는 데 유용한 방법이 될 수 있다.[1]null

자연에서 메탄생성은 생물학적으로, 그리고 생물학적으로 발생한다.[1][5][6]아비오젠 메탄은 더 작은 규모로 생산되며 필요한 화학반응이 유기물질을 필요로 하지 않는다.[4]생물학적 메탄은 미생물 또는 미생물에 의한 유기물질의 파괴의 결과로 메탄이 형성되는 혐기성 자연환경에서 생성된다.[4][7]연구자들은 생체인 메탄생성 과정을 전자레탄생성을 통해 실험실 환경에서 복제할 수 있다는 사실을 밝혀냈다.[4][7]전자기생성에서의 CO2 감소는 미생물 전기분해세포(MEC)의 생체모드에서 전류를 통해 촉진되며 미생물과 전자(등분 1) 또는 아비오틱으로 생성된 수소(등분 2)의 도움을 받아 촉진된다.[1][4][6][7]null

(1) CO2 + 8H+ + 8e− 파운드 CH4 + 2HO2

(2) CO2 + 4H2 £ + 2HO42

바이오카토드

생체모드는 전자기생성 중 미생물 전기분해세포에서 사용되는 음극으로, 미생물을 활용하여 양극에서 전자와 양자를 수용하는 과정을 촉진한다.[8]생체모드는 보통 MEC의 양극처럼 탄소나 흑연과 같은 값싼 물질로 만들어진다.[5]생체모드에 배치된 마이크로베 집단은 전극 물질(탄소 또는 흑연)에서 전자를 집어들어 수소로 변환시킬 수 있어야 한다.[8][5]null

메커니즘

그림 1: 전자레탄생성이 발생하는 2 챔버 메탄생성 시스템의 예

전기전자생식의 메커니즘은 그림 1에 요약되어 있다.물은 양극, 생물역학, 미생물과 함께 시스템에 유입된다.양극에서 미생물은 HO2 분자를 끌어들이고, HO 분자는 전원에서 전류를 켠 후에 산화된다.산소는 양극 쪽에서 방출된다.HO로부터2 산화된 양자와 전자는 그들이 생물사극을 구성하는 물질로 이동하는 막을 가로질러 움직인다.생체모드에 있는 새로운 미생물들은 생체모드 물질에서 새로운 전자를 옮겨 양성자로 변환시키는 능력을 가지고 있다.이 양성자들은 전기전자 생성에서 메탄 생성을 촉진하는 주요 경로에 사용된다.CO2 감소.CO는2 미생물에 의해 생성되는 양성자에 의해 감소되어2 HO와 메탄(CH4+)을 산출하는 시스템의 생물역전 측면에서 유입된다.메탄은 생성되어 생물역학 쪽에서 방출되어 저장될 수 있다.[4][6][7][9]null

제한 사항

한 가지 제한은 메탄을 생산하는 생물 전기화학 시스템의 에너지 손실이다.이것은 양극, 막, 그리고 생체모드에서 발생하는 과전위의 결과로 발생한다.에너지 손실은 효율을 현저히 떨어뜨린다.[4][6][7]또 다른 한계는 생체역학이다.생체모드는 전자 교환과 메탄 형성에 있어서 매우 중요하기 때문에, 그것의 구성은 반응의 효율성에 극적인 영향을 미칠 수 있다.[1][4]신소재와 기존재료를 결합하거나 재구성을 하거나, 다른 '사전처리'를 바이오패스 표면에 적용해 생체적합성을 높이는 등 전기전자생식에 사용되는 바이오시드를 개선하기 위한 노력이 이루어지고 있다.[4][6]null

참고 항목

참조

  1. ^ a b c d e f g Cheng, Shaoan; Xing, Defeng; Call, Douglas F.; Logan, Bruce E. (2009-05-15). "Direct Biological Conversion of Electrical Current into Methane by Electromethanogenesis". Environmental Science & Technology. 43 (10): 3953–3958. Bibcode:2009EnST...43.3953C. doi:10.1021/es803531g. ISSN 0013-936X. PMID 19544913.
  2. ^ Tuomas Kangasniemi (2009-04-07). "Aurinkosähkön varastoinnin ongelmat ohi: bakteeri syö sähköä, tekee metaania". Tekniikka & Talous (in Finnish). Retrieved 2009-04-07.
  3. ^ "Researchers Show Direct Bacterial Production of Methane from Electricity and CO2". Green Car Congress. 30 March 2009. Retrieved 2009-04-09.
  4. ^ a b c d e f g h i j k l Blasco-Gómez, Ramiro; Batlle-Vilanova, Pau; Villano, Marianna; Balaguer, Maria Dolors; Colprim, Jesús; Puig, Sebastià (2017-04-20). "On the Edge of Research and Technological Application: A Critical Review of Electromethanogenesis". International Journal of Molecular Sciences. 18 (4): 874. doi:10.3390/ijms18040874. ISSN 1422-0067. PMC 5412455. PMID 28425974.
  5. ^ a b c Batlle-Vilanova, Pau; Puig, Sebastià; Gonzalez-Olmos, Rafael; Vilajeliu-Pons, Anna; Bañeras, Lluís; Balaguer, M. Dolors; Colprim, Jesús (2014-01-16). "Assessment of biotic and abiotic graphite cathodes for hydrogen production in microbial electrolysis cells". International Journal of Hydrogen Energy. 39 (3): 1297–1305. doi:10.1016/j.ijhydene.2013.11.017. ISSN 0360-3199.
  6. ^ a b c d e Geppert, Florian; Liu, Dandan; van Eerten-Jansen, Mieke; Weidner, Eckhard; Buisman, Cees; ter Heijne, Annemiek (2016-11-01). "Bioelectrochemical Power-to-Gas: State of the Art and Future Perspectives". Trends in Biotechnology. 34 (11): 879–894. doi:10.1016/j.tibtech.2016.08.010. ISSN 0167-7799. PMID 27666730.
  7. ^ a b c d e Hara, Masahiro; Onaka, Yutaka; Kobayashi, Hajime; Fu, Qian; Kawaguchi, Hideo; Vilcaez, Javier; Sato, Kozo (2013). "Mechanism of Electromethanogenic Reduction of CO2 by a Thermophilic Methanogen". Energy Procedia. 37: 7021–7028. doi:10.1016/j.egypro.2013.06.637. ISSN 1876-6102.
  8. ^ a b Croese, Elsemiek; Pereira, Maria Alcina; Euverink, Gert-Jan W.; Stams, Alfons J. M.; Geelhoed, Jeanine S. (December 2011). "Analysis of the microbial community of the biocathode of a hydrogen-producing microbial electrolysis cell". Applied Microbiology and Biotechnology. 92 (5): 1083–1093. doi:10.1007/s00253-011-3583-x. ISSN 0175-7598. PMC 3210952. PMID 21983651.
  9. ^ Zhou, Huihui; Xing, Defeng; Xu, Mingyi; Angelidaki, Irini; Zhang, Yifeng (2019). "The Highest Methane Production Rate Ever by Electromethanogenesis Using Intact Anaerobic Granular Sludge as Biocathode". {{cite journal}}:Cite 저널은 필요로 한다. journal=(도움말)