EIT-KIC-MÜC ÁRAMTERMELÉS BAKTÉRIUMOKKAL: EREDMÉNYEK, LEHETŐSÉGEK, LIMITÁCIÓK
Előadó: Antal Péter Tudományos munkatárs, BAY-BIO Miskolc, 2015.11.25.
EIT-KIC-MÜC PROJEKT KERETEIN BELÜL
FELADATAINK: MÜC elektród felület fejlesztés MÜC rendszerek mérési módszerének kidolgozása Baktérium oltókultúrák hatása MÜC rendszerek aktivitására Elektron donor vegyületek hatása MÜC rendszerek aktivitására MÜC rendszerek technikai optimalizációja Pilot MÜC rendszer hardware és software kialakítása Pilot MÜC rendszer
MIKROBIÁLIS ÜZEMANYAG CELLA
ÁRAMTERMELÉSRE SZOLGÁLÓ RENDSZEREK
• közvetlenül történik kémiai energia átalakítása elektromos energiává (60-80%-os konverziós hatásfok) • Exoelektrogén baktériumokra van szükség • Az anód térben szerves anyagok anaerob oxidációjából történik az energia termelés • Az anód térben hasznosuló szerves anyagként szerves hulladék is használható (évente több tíz millió tonna keletkezik EU-ban) • 100% zöld energia termelésre alkalmas (az üzemanyag cellákban zajló folyamatok a C-körforgás részét képezik)
MIKROBIÁLIS ÜZEMANYAG CELLA
PROBLÉMÁK ÉS KIHÍVÁSOK • Kis energia sűrűség • MÜC-val termelt áramot hasznosító vagy tároló rendszer megalkotása • A hatékonyságot befolyásoló számos tényező: • Elektród anyagok • Bakteriális összetétel • Az anód térben hasznosuló szerves anyag fajtája • MÜC konstrukció
ELEKTRÓD FEJLESZTÉS
KÜLÖNBÖZŐ ELEKTRÓD KIALAKÍTÁSOK
ELEKTRÓD FEJLESZTÉS
KÍSÉRLETI RENDSZEREINK
EREDMÉNYEINK
ELEKTRÓD ANYAGOK HATÁSA AZ ÁRAM TERMELÉSRE
EREDMÉNYEINK
ELEKTRÓD ANYAGOK HATÁSA AZ ÁRAM TERMELÉSRE
EREDMÉNYEINK
ELEKTRÓD ANYAGOK HATÁSA AZ ÁRAM TERMELÉSRE
BAKTÉRIUMOK HATÁSA
VIZSGÁLT OLTÓKULTÚRÁK: • P. aeruginosa 01 • P. aeruginosa 785 • P. aeruginosa 541 • Sh. Putrefaciens
P. aeruginosa
Sh. putrefaciens
E. coli
O. anthropi
• E. coli • O. anthropi • vasredukáló izolátum
EREDMÉNYEINK
KÜLÖNBÖZŐ BAKTÉRIUMOK HATÁSA AZ ÁRAM TERMELÉSRE
EREDMÉNYEINK
KÜLÖNBÖZŐ BAKTÉRIUMOK HATÁSA AZ ÁRAM TERMELÉSRE
EREDMÉNYEINK VIRÁGFÖLD METAGENOM
EREDMÉNYEINK KONTROLL KATÓD METAGENOM
EREDMÉNYEINK KONTROLL ANÓD METAGENOM
ELEKTRON DONOR VEGYÜLETEK HATÁSA
KÍSÉRLETI RENDSZEREINK • 600 cm3 üveg edények • 10 cm elektród távolság TÁPANYAGOK (15 g/l): Fehérjék Szénhidrátok • Zselatin • CMC • Húskivonat • Burg. Keményítő • Pepton • Gab. Keményítő • Kazein pepton • Fruktóz • Laktóz • Pektin Olajok • Használt sütőolaj • Olíva olaj • Haszn. Sütőolaj emulzió • Olíva olaj emulzió
ELEKTRON DONOR VEGYÜLETEK HATÁSA
KÍSÉRLETI RENDSZERÜNK
EREDMÉNYEINK
1g VIRÁGFÖLD + 15 g/l TÁPANYAG
EREDMÉNYEINK
EREDMÉNYEINK
EREDMÉNYEINK
300 cm3 VIRÁGFÖLD + 15 g/l TÁPANYAG
EREDMÉNYEINK
EREDMÉNYEINK
MÜC OPTIMALIZÁCIÓ
IDEÁLIS ELEKTRÓD TÁVOLSÁG MEGÁLLAPÍTÁSA
• 600 cm3 üveg edények • Virágföld + 15 g/l CMC
ELEKTRON DONOR VEGYÜLETEK HATÁSA II
KÍSÉRLETI RENDSZEREINK • 4000 cm3 üveg edények • 5 cm elektród távolság • 1000 cm3 PVC csövek TÁPANYAGOK (15 g/l): Fehérjék • Zselatin
Szénhidrátok • Pektin
Konyhai hulladék
Olajok • Használt sütőolaj
ELEKTRON DONOR VEGYÜLETEK HATÁSA II
KÍSÉRLETI RENDSZERÜNK
EREDMÉNYEINK
EREDMÉNYEINK
MÜC OPTIMALIZÁCIÓ
KÍSÉRLETI RENDSZEREINK • • • • •
4000 cm3 üveg edények 5 cm elektród távolság 1000 cm3 PVC csövek 1:3 elektród arányok 15 g/l használt sütőolaj
Multi katód
Multi anód
EREDMÉNYEINK
EREDMÉNYEINK
KÍSÉRLETI RENDSZEREINK • • • • • •
40 cm2 elektród felület 121 cm2 elektród felület 640 cm2 elektród felület 5 cm elektród távolság 1:1 anód:katód arány 15 g/l használt sütőolaj
ÖSSZEFOGLALÁS ELEKTRÓD FEJLESZTÉS • A fém tartalmú elektródok nagyobb teljesítményeket produkáltak (~47 mW/m2) • Hosszú távon a szén szövet bizonyult előnyösebbnek BAKTÉRIUMOK HATÁSA • Mindegyik általunk választott inokulummal leoltott MÜC-ben beindult az áramtermelés • Rövid távon (2 hónap) a Sh. Putrefaciens és a MIX inokulum kimagasló teljesítményre volt képes • 64 nap elteltével a MÜC-k teljesítményei egységessé váltak, DGGE alapján közel azonos összetételű biofilmek alakultak ki az elektródokon • A virágföld kezdeti mikrobiális gazdagsága miatt elegendő szelekciós körülményeket kialakítani
ÖSSZEFOGLALÁS ELEKTRON DONOR VEGYÜLETEK HATÁSA • A virágföld önmagában is jelentős szerves anyag tartalommal bír • Az összetettebb tápanyagok és a fehérjék lassan hasznosultak, hosszabb ideig tudták támogatni az exoelektrogén baktériumok anyagcseréjét • A méretnövelt (4l) és hosszú távú kísérleteinkben a konyhai hulladék bizonyult a legjobb tápanyagforrásnak (szerves hulladék hasznosítás) • Eltérő MÜC konstrukcióban a tápanyagok is eltérő módon hasznosulnak
MÜC OPTIMALIZÁCIÓ • A 4 literes MÜC-k, ahol az elektródok párhuzamosan helyezkedtek el stabilabban és hatékonyabban tudtak működni a PVC cső MÜC-khoz képest • 5 és 10 cm elektród távolság mellett tudtak a leghatékonyabban áramot termelni az üzemanyag cellák • Az 1:3 elektród arányok nem tudták fokozni a MÜC-k működését, inkább hátráltatták azt • A kisebb felületű elektródok jobb kihasználtságot eredményeztek
PILOT MÜC RENDSZER 64 cm2 1:1 arányú elektród felületek, 10 cm elektród távolság, 0,8 cm szigetelő réteg 15 g/l konyhai hulladék kiegészítő tápanyagként
PILOT MÜC RENDSZER 320 db 1000 cm3 térfogatú MÜC
AKIKNEK MINDEZT KÖSZÖNHETJÜK
AZ EIT-KIC-MÜC PÁLYÁZAT EDDIGI FELADATAIBAN RÉSZTVEVŐ MUNKATÁRSAK:
Kesserű Péter PhD Koós Ákos Dergez Ágnes Nyúzó Zsolt Heilmann Lejla Szameczné Rutkai Edit Jankovicsné Urbán Gabriella Liptai Terézia Sípos Róbert Antal Péter
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!
