مدل سازی فرآیند تولید ترکیبات آلی با استفاده از سیستم پیل سوختی میکروبی معکوس

چکیده منابع انرژی رو به زوال سوخت های فسیلی، جامعه رو به توسعه انسانی را در آینده ای نه چندان دور دچار کمبود سوخت می سازند. در نتیجه نگرانی¬های انتشار پیوسته و در حال افزایش دی¬اکسید کربن به اتمسفر و همچنین وسعت آلودگی ناشی از سوخت های فسیلی که زندگی در کره خاکی را دچار مشکل ساخته است، نیاز به منابع انرژی از منابع تجدیدپذیر با حداقل تأثیر منفی زیست محیطی را افزایش می¬دهد. پیل¬های سوختی میکروبی معکوس با عملکردی در جهت عکس پیل¬های سوختی میکروبی، باکتریها آب و دی¬اکسید کربن را با استفاده از الکترونهایی که در آند یا یک منبع الکتریکی خارجی به کاتد منتقل می¬شوند، در فرآیندی شبیه به فتوسنتز به ترکیبات آلی تبدیل می¬کنند. این ترکیبات آلی خود می¬توانند به سوخت تبدیل ¬شوند. در پژوهش پیش رو مدلی بر اساس هدایت مستقیم الکترون¬ها در بیوفیلم ارائه شده است. خروجی¬های مدل حاضر شامل پروفایل تغییرات غلظت سوبسترا، پتانسیل الکتریکی، توزیع باکتری¬های فعال درون بیوفیلم، تغییرات زمانی چگالی جریان و ضخامت بیوفیلم می¬باشد. به منظور بررسی اثر عوامل مختلف نسبت به یک حالت شاهد، حالت مرجعی با استفاده از مقادیر پارامترهای موجود و برای سوبسترای دی¬اکسید کربن و جامعه میکروبی خالص اسپروموسا اواتا ایجاد شد. بازده کلومبیک در این مدل تابعی از غلظت سوبسترا و پتانسیل کاتد می¬باشد. برای سوبسترای دی¬اکسید کربن و با وجود گونه میکروبی اسپوروموسا اواتا، در صورت افزایش غلظت، بازده کلومبیک و چگالی جریان کاهش ولی ضخامت بیوفیلم افزایش یافت. از آنجا که ضریب هدایت الکتریکی بیوفیلم اسپوروموسا اواتا بسیار بالاست، بخش اعظم مقاومت¬های پیل سوختی میکروبی با این جامعه میکروبی و سوبسترای دی¬اکسید کربن ناشی از مقاومت¬های انتقال جرم می¬باشد. با وجود غلظت 025/0 میلی مول بر سانتی¬متر مکعب سوبسترا در کاتولیت، بیشینه چگالی جریان مصرفی 3/0 آمپر بر متر مربع و بازده کلومبیک 75% خواهد بود.دلیل کم بودن بازده کلومبیک، مقاومت¬های کاتدی و اهمی در عملکرد پیل می-باشد. از آنجا که بازده کلومبیک تابعی از پتانسیل الکتریکی و غلظت سوبسترا در کاتولیت است و ماکزیمم بازده کلومبیک در غلظت 025/0 میلی مول بر سانتی متر مکعب، 75% و در پتانسیل الکتریکی 13/1، 55% نمایان شد، در نتیجه با ایجاد حالتی بهینه در این غلظت و در این پتانسیل می¬توان به بازده تولید بالایی از استات دست یافت. کلید واژه ها: پیل سوخت میکروبی معکوس، الکتروسنتز میکروبی، الکتروسوخت، کاتد و مدل¬سازی.