EIT-KIC-MÜC ÁRAMTERMELÉS BAKTÉRIUMOKKAL: EREDMÉNYEK, LEHETŐSÉGEK, LIMITÁCIÓK

Átírás

1 EIT-KIC-MÜC ÁRAMTERMELÉS BAKTÉRIUMOKKAL: EREDMÉNYEK, LEHETŐSÉGEK, LIMITÁCIÓK Előadó: Antal Péter Tudományos munkatárs, BAY-BIO Miskolc,

2 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

3 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)

4 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

5 ELEKTRÓD FEJLESZTÉS KÜLÖNBÖZŐ ELEKTRÓD KIALAKÍTÁSOK

6 ELEKTRÓD FEJLESZTÉS KÍSÉRLETI RENDSZEREINK

7 EREDMÉNYEINK ELEKTRÓD ANYAGOK HATÁSA AZ ÁRAM TERMELÉSRE

8 EREDMÉNYEINK ELEKTRÓD ANYAGOK HATÁSA AZ ÁRAM TERMELÉSRE

9 EREDMÉNYEINK ELEKTRÓD ANYAGOK HATÁSA AZ ÁRAM TERMELÉSRE

10 BAKTÉRIUMOK HATÁSA VIZSGÁLT OLTÓKULTÚRÁK: P. aeruginosa 01 P. aeruginosa 785 P. aeruginosa 541 Sh. Putrefaciens E. coli O. anthropi vasredukáló izolátum P. aeruginosa Sh. putrefaciens E. coli O. anthropi

11 EREDMÉNYEINK KÜLÖNBÖZŐ BAKTÉRIUMOK HATÁSA AZ ÁRAM TERMELÉSRE

12 EREDMÉNYEINK KÜLÖNBÖZŐ BAKTÉRIUMOK HATÁSA AZ ÁRAM TERMELÉSRE

13 EREDMÉNYEINK VIRÁGFÖLD METAGENOM

14 EREDMÉNYEINK KONTROLL KATÓD METAGENOM

15 EREDMÉNYEINK KONTROLL ANÓD METAGENOM

16 ELEKTRON DONOR VEGYÜLETEK HATÁSA KÍSÉRLETI RENDSZEREINK 600 cm 3 üveg edények 10 cm elektród távolság TÁPANYAGOK (15 g/l): Szénhidrátok CMC Burg. Keményítő Gab. Keményítő Fruktóz Laktóz Pektin Fehérjék Zselatin Húskivonat Pepton Kazein pepton Olajok Használt sütőolaj Olíva olaj Haszn. Sütőolaj emulzió Olíva olaj emulzió

17 ELEKTRON DONOR VEGYÜLETEK HATÁSA KÍSÉRLETI RENDSZERÜNK

18 EREDMÉNYEINK 1g VIRÁGFÖLD + 15 g/l TÁPANYAG

19 EREDMÉNYEINK

20 EREDMÉNYEINK

21 EREDMÉNYEINK 300 cm 3 VIRÁGFÖLD + 15 g/l TÁPANYAG

22 EREDMÉNYEINK

23 EREDMÉNYEINK

24 MÜC OPTIMALIZÁCIÓ IDEÁLIS ELEKTRÓD TÁVOLSÁG MEGÁLLAPÍTÁSA 600 cm 3 üveg edények Virágföld + 15 g/l CMC

25 ELEKTRON DONOR VEGYÜLETEK HATÁSA II KÍSÉRLETI RENDSZEREINK 4000 cm 3 üveg edények 5 cm elektród távolság 1000 cm 3 PVC csövek TÁPANYAGOK (15 g/l): Szénhidrátok Pektin Fehérjék Zselatin Konyhai hulladék Olajok Használt sütőolaj

26 ELEKTRON DONOR VEGYÜLETEK HATÁSA II KÍSÉRLETI RENDSZERÜNK

27 EREDMÉNYEINK

28 EREDMÉNYEINK

29 MÜC OPTIMALIZÁCIÓ KÍSÉRLETI RENDSZEREINK 4000 cm 3 üveg edények 5 cm elektród távolság 1000 cm 3 PVC csövek 1:3 elektród arányok 15 g/l használt sütőolaj Multi katód Multi anód

30 EREDMÉNYEINK

31 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

32 ÖSSZEFOGLALÁS ELEKTRÓD FEJLESZTÉS A fém tartalmú elektródok nagyobb teljesítményeket produkáltak (~47 mw/m 2 ) 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

33 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

34 PILOT MÜC RENDSZER 64 cm 2 1:1 arányú elektród felületek, 10 cm elektród távolság, 0,8 cm szigetelő réteg 15 g/l konyhai hulladék kiegészítő tápanyagként

35 PILOT MÜC RENDSZER 320 db 1000 cm 3 térfogatú MÜC

36 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

37 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!