Biobrandstofcel
Een biobrandstofcel ofwel MFC (microbial fuel cell) is een brandstofcel waarin micro-organismen door afbraak van organische materialen elektronen leveren en op deze manier een potentiaalverschil opwekken.
Voor onze energievoorziening zijn we tot op heden voor het overgrote deel nog altijd afhankelijk van niet hernieuwbare brandstoffen. Hierdoor ontstaan allerlei milieuproblemen, zoals het broeikaseffect, of komt hoogradioactief materiaal vrij in het geval van kernenergie. Daarom wordt meer gezocht naar alternatieve om energie op een milieuvriendelijke manier te produceren. Een van de mogelijkheden hiertoe is het gebruik van biobrandstofcellen.
Een biobrandstofcel is een brandstofcel waarbij micro-organismen, zoals bacteriën, zich in het anodisch compartiment bevinden, terwijl dit anodisch compartiment is gescheiden van het kathodisch comparment door een semi-permeabel membraan. De micro-organismen oxideren organische materialen als brandstof. Bij dit verteringsproces worden de ontstane elektronen echter aan een mediator afgestaan in plaats van rechtstreeks aan zuurstofgas uit de lucht. De gereduceerde mediator wordt aan de anode geoxideerd, waarbij de door de micro-organisme afgestane elektronen terug vrijkomen, die op hun beurt zuurstof oxideren aan de kathode in het kathodisch compartiment. De aan de anode ontstane elektronen zorgen voor een ladingsopbouw en het ontstaan van een potentiaalverschil. Wanneer deze elektronen door een uitwendige keten worden geleid, ontstaat een kleine stroombron.
Biobrandstofcellen bevinden zich op dit ogenblik nog in een experimenteel stadium. Alhoewel de werking van het principe van een dergelijke cel al experimenteel is aangetoond moet er wordt gezocht worden naar manieren om de geleverde stroomdichtheid de vergroten. Ditr is mogelijk door de elektronenoverdracht van oplossing naar de elektrode te verhogen door middel van poreuze elektroden met een zo optimaal mogelijke katalysator op het oppervlak. Bovendien kan het onttrekken van elektronen van de brandstof verhoogd worden door te zoeken naar een geschikte mediator en een bacteriecultuur die op lange termijn een hoge en stabiele stroomdichtheid levert.
[bewerk] Het gebruik van mediatoren
Mediatoren worden gebruikt om de stroomdischtheid van biobrandstofcellen gebeuren. Dergelijke verbindingen zijn reversibele redoxmoleculen die vele malen gereduceerd kunnen worden door de aanwezige micro-organismen en naderhand snel geoxideerd kunnen worden aan de anode. Bovendien hebben deze mediatoren het best een hoge klempotentiaal, omwille van de efficiëntie van de cel en mogen ook niet giftig zijn voor de gebruikte micro-organismen. Daarom worden dikwijls producten gebruikt die eveneens in het metabolisme van de bacteriën voorkomen en kunnen zowel van anorganische oorsprong (mangaanoxides en ijzeroxides) als organisch (kleurstoffen en humuszuren) zijn.
Omdat in oplossing aanwezige stoffen sneller oxideren dan vaste of gasvormige stoffen worden in het kathodisch compartiment van de brandstofcel eveneens producten gebruikt die snel oxideren aan de lucht. Een voorbeeld van een dergelijke verbinding is ijzerhexacynoferraat (Fe(CN)63- en Fe(CN)64-).
