| AutorIn | | Name: | DIPL.-ING. Sonja Siegl | Beurteilende(r)| Name: | Ao.Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.nat.techn. Peter Holubar | | Herkunftsbetrieb: | | | Arbeit | | Typ der Arbeit: | Masterarbeit | | Sprache der Arbeit: | Deutsch | | Titel der Arbeit in Originalsprache: | Betrieb und Charaktersierung von Mikrobiologischen Brennstoffzellen | | Titel der Arbeit in deutsch: | Betrieb und Charaktersierung von Mikrobiologischen Brennstoffzellen | | Titel der Arbeit in englisch: | n.a. | | Publikationsmonat: | 08.2006 | | Seitenanzahl: | | | Online-Katalog der Universitätsbibliothek Bodenkultur | | AC-Nummer: | AC05672956 | | Abstract | | Abstract in Deutsch: | Die direkte Umwandlung von Biomasse in elektrische Energie in mikrobiologischen Brennstoffzellen könnte in Zukunft eine neue und innovative Möglichkeit zur Nutztung nachwachsender Rohstoffe darstellen.
In einer mikrobiologischen Brennstoffzelle (microbial fuel cell, MFC) werden organische Substrate von anaeroben Mikroorganismen, welche die Fähigkeit besitzen eine Elektrode als terminalen Elektronenakzeptor zu verwenden, oxidiert. Die Elektronen fließen über einen äußeren Stromkreis und werden schließlich an einer zweiten Elektrode auf einen Oxidanten (z.B. O2) übertragen. Protonen, die ebenfalls bei der Oxidation entstehen, erreichen den Kathodenraum durch eine Elektrolytmembran um den Stromkreis zu vervollständigen. So kann die chemische Energie des Substrates direkt in elektrische Energie umgewandelt werden.
Die Experimente wurden mit zwei verschiedenen Systemen von mikrobiologischen Brennstoffzellen durchgeführt: ein Zwei-Kammersystem und ein Ein-Kammer-Luft-Kathoden-System. Als Biokatalysatoren wurden Bakterien, die in Faulschlamm vorhanden sind verwendet und als Substrate wurden Glukose, Acetat und ein komplexer Maissilage-Fleischextrakt-Feed verwendet.
Eine Stromproduktion aus organischen Substraten, ohne besondere Inokulation, konnte in allen Experimenten beobachtet werden. Die höhste Leistungsdichte von 160 mWm-2, mit einer Zellspannung von 0,4 V konnte bei Verwendung des Maissilage-Fleischextrakt-Feedes erreicht werden.
Die zugegeben organische Beladung (CSB) wurde annähernd vollständig abgebaut, wobei die Abbaugeschwindigkeit bei den verschiedenen Bakteriengemeinschaften verschieden schnell war (angereicherter Faulschlamm: sehr schnell, Bakterien, die an der Anode angereichert wurden: langsamer). Die coulumbische Effizienz (berechnet durch die Menge an CSB, die abgebaut wurde und die Strommenge, die produziert wurde) war jedoch noch gering (1-5%).
Die Produktion von Methan wurde durch den Betrieb als MFC nicht eingestellt aber deutlich reduziert.
Die Bildung eines Biofilms auf der Anode scheint eine wichtige Bedingung für den Elektronentransfer darzustellen.
Weiters wurde beobachtet, dass die Stromproduktion eine Funktion des pH-Wertes (Optimum 6,5-7,5), der Konzentration der freien Fettsäuren und der Durchflussgeschwindigkeit ist. | | Abstract in Englisch: | The direct conversion of biomass into electric energy in Biological Fuel Cells could present a new and innovative possibility in the use of renewable energies.
In a Microbial Fuel Cell (MFC) organic substrates are oxidized by anaerobic microorganisms, which are capable of using an electrode (= anode) as terminal electron acceptor. The electrons are made to pass through an outer circuit and are ultimately transferred to an oxidant (e.g. O2) by a second electrode (= cathode). Protons are channeled to the other compartment through an electrolyte membrane, to complete the electric circuit. Thereby chemical energy of the substrates is directly converted into electrical energy.
Experiments were done with two different types of microbial fuel cells. Both a two-chamber system and an air cathode single chamber microbial fuel cell were used. Bacteria present in sewage sludge were used as the biocatalyst, glucose, acetate and a maize-silage-meat-extract-feed were used as substrates.
Electricity production from organic substrates without special inoculation occurred in all experiments. Power densities up to 160 mW m-2, with a cell voltage of max. 0,4 V using the maize-silage-meat-extract-feed could be obtained.
The COD fed was nearly totally removed, although the speed of degradation varied for different bacterial communities (enriched sewage sludge: very quick, enriched bacteria which grew on the anode: slower). Columbic efficiency (based on COD removed and electricity produced) was still very low (around 1% - 5%).
The generation of CH4 was not blocked by operation as MFC but reduced noticeable.
The formation of a biofilm on the anode seemed to be an important condition for the electron transfer.
Current production is a function of pH (optimum 6,5-7,5), concentration of volatile fatty acids and flow rate.
| | Schlagworte | | Schlagwörter Deutsch: | Mikrobiologie Brennstoffzelle Mikrobiologische Brennstoffzelle Biochemische Brennstoffzelle anaerobe Abwasserreinigung | | Schlagwörter Englisch: | BIOLOGY, MICROBIOLOGY fuel cell microbial fuel cell biochemical fuel cell anaerobic wastewater treatment | | Sonstiges | | Signatur: | HB: D-12663 | | Organisationseinheit, auf der die Arbeit eingereicht wird: | H79100 Institut für Bioverfahrenstechnik | |
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