ຈຸລັງນໍ້າມັນເຊື້ອຈຸລິນຊີໃນດິນ (SMFCs): ການອອກແບບໃຫມ່ສາມາດສ້າງຜົນປະໂຫຍດຕໍ່ສິ່ງແວດລ້ອມແລະຊາວກະສິກອນ 

ນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟຈຸລິນຊີຂອງດິນ ຈຸລັງ (SMFCs) ໃຊ້ເຊື້ອແບັກທີເຣັຍຕາມທໍາມະຊາດຢູ່ໃນດິນເພື່ອຜະລິດໄຟຟ້າ. ໃນຖານະເປັນແຫຼ່ງພະລັງງານທົດແທນໃນໄລຍະຍາວ, ການແບ່ງຂັ້ນຄຸ້ມຄອງ, SMFCs ສາມາດຖືກນໍາໄປໃຊ້ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງເພື່ອການຕິດຕາມສະພາບສິ່ງແວດລ້ອມຕ່າງໆໃນເວລາທີ່ແທ້ຈິງແລະຍັງສາມາດປະກອບສ່ວນເຂົ້າໃນການເຕີບໂຕຂອງຄວາມຊັດເຈນ. ການກະສິກໍາ ແລະ​ຕົວ​ເມືອງ smart​. ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ເຖິງວ່າຈະມີອາຍຸຫຼາຍກວ່າຫນຶ່ງສະຕະວັດ, ການປະຕິບັດຕົວຈິງຂອງ SMFCs ແມ່ນເກືອບບໍ່ມີຢູ່ຍ້ອນຄວາມບໍ່ສອດຄ່ອງຂອງຜົນຜະລິດພະລັງງານ. ປະຈຸບັນ, ບໍ່ມີ SMFC ທີ່ສາມາດຜະລິດກະແສໄຟຟ້າຢ່າງສະໝ່ຳສະເໝີຢູ່ນອກສະພາບນ້ຳທີ່ມີຄວາມຊຸ່ມຊື່ນສູງ. ໃນການສຶກສາທີ່ຜ່ານມາ, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ສ້າງແລະປຽບທຽບສະບັບການອອກແບບທີ່ແຕກຕ່າງກັນແລະພົບວ່າການອອກແບບເຊນແນວຕັ້ງປັບປຸງປະສິດທິພາບແລະເຮັດໃຫ້ SMFCs ທົນທານຕໍ່ການປ່ຽນແປງຂອງຄວາມຊຸ່ມຊື່ນຂອງດິນ.   

ຈຸລິນຊີ ຈຸລັງນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟ (MFCs) ແມ່ນ bioreactors ທີ່ຜະລິດໄຟຟ້າໂດຍການປ່ຽນພະລັງງານໃນພັນທະບັດເຄມີຂອງ ອິນຊີ ທາດປະສົມເຂົ້າໄປໃນພະລັງງານໄຟຟ້າໂດຍຜ່ານ biocatalysis ໂດຍ microbes. ເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ປ່ອຍອອກມາໃນຊ່ອງ anode ໂດຍການຜຸພັງຂອງເຊື້ອແບັກທີເຣັຍຂອງ substrate ຖືກໂອນໄປຫາ cathode ບ່ອນທີ່ພວກມັນສົມທົບກັບອົກຊີເຈນແລະ hydrogen ions.  

ປະຕິກິລິຍາທາງຊີວະເຄມີພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂ aerobic, ສໍາລັບການຍົກຕົວຢ່າງ, ສໍາລັບ acetate ເປັນ substrate ແມ່ນ: 

oxidation ເຄິ່ງຕິກິຣິຍາກ່ຽວກັບ anode ໄດ້ 

CH₃COO^- + 3 ຮ₂O → CO₂ +HCO₃^- + 8 ຮ⁺ +8e^-  

ຫຼຸດຜ່ອນການຕອບໂຕ້ເຄິ່ງຫນຶ່ງຂອງ cathode 

2 ອ ₂ + 8 ຮ ⁺ + 8 ທ ^-   H 4 ຮ ₂ O 

ໃນສະພາບແວດລ້ອມ anaerobic, MFCs ສາມາດນໍາໃຊ້ສິ່ງເສດເຫຼືອຊີວະພາບເປັນ substrate ເພື່ອຜະລິດໄຟຟ້າ. 

MFCs ມີທ່າແຮງທີ່ຈະເປັນການແກ້ໄຂບັນຫາສິ່ງແວດລ້ອມຂອງພະລັງງານແບບຍືນຍົງ, ໂລກຮ້ອນ ແລະການຄຸ້ມຄອງຂີ້ເຫຍື້ອຊີວະພາບ. ມັນມີກໍລະນີແຂງສໍາລັບການນໍາໃຊ້ໃນພື້ນທີ່ທີ່ມີຫມໍ້ໄຟເຄມີປົກກະຕິແລະແຜງແສງຕາເວັນຂາດຄວາມຄາດຫວັງເຊັ່ນໃນໂຄງສ້າງພື້ນຖານສີຂຽວ, ທົ່ງຫຍ້າ, ດິນຊຸ່ມ, ຫຼືໃຕ້ດິນ. ໃນເຂດເຫຼົ່ານີ້, ແຜງແສງຕາເວັນບໍ່ໄດ້ເຮັດວຽກໃນຕອນກາງຄືນແລະປົກກະຕິແລ້ວຖືກປົກຄຸມດ້ວຍຝຸ່ນຫຼືພືດໃນຂະນະທີ່ອົງປະກອບຂອງສານເຄມີ. ແບດເຕີລີ່ ຂີ້​ເຫຍື້ອ​ເຂົ້າ​ໄປ​ໃນ​ສິ່ງ​ແວດ​ລ້ອມ​. ນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟຈຸລິນຊີຂອງດິນ ຈຸລັງ (SMFCs) ມາເປັນແຫຼ່ງພະລັງງານແບບຍືນຍົງໃນຂົງເຂດດັ່ງກ່າວໃນການປູກຝັງ, ທົ່ງຫຍ້າ, ປ່າໄມ້ແລະດິນເສຍເພື່ອໃຊ້ອຸປະກອນພະລັງງານຕ່ໍາ.  

ຈຸລັງນໍ້າມັນເຊື້ອຈຸລິນຊີໃນດິນ (SMFCs) ໃຊ້ເຊື້ອແບັກທີເຣັຍຕາມທໍາມະຊາດຢູ່ໃນດິນເພື່ອຜະລິດໄຟຟ້າ. ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂທີ່ດີທີ່ສຸດ, SMFCs ສາມາດຜະລິດພະລັງງານໄດ້ເຖິງ 200 μW ດ້ວຍແຮງດັນຂອງ 731 mV. ໃນຖານະເປັນແຫຼ່ງພະລັງງານທົດແທນໃນໄລຍະຍາວ, ການແບ່ງຂັ້ນຄຸ້ມຄອງ, SMFCs ສາມາດຖືກນໍາມາໃຊ້ຕະຫຼອດການສໍາລັບການຕິດຕາມກວດກາສະພາບສິ່ງແວດລ້ອມຕ່າງໆແລະນະໂຍບາຍຄໍາແນະນໍາໃນເວລາທີ່ແທ້ຈິງ. ເຫຼົ່ານີ້ຍັງສາມາດປະກອບສ່ວນເຂົ້າໃນການຂະຫຍາຍຕົວຂອງຕົວເມືອງ smart ແລະ farms.  

ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ເຖິງວ່າຈະມີການມີຢູ່ມາເປັນເວລາຫຼາຍກວ່າຫນຶ່ງສະຕະວັດ, ການປະຕິບັດຕົວຈິງຂອງ SMFCs ໃນລະດັບຫນ້າດິນໄດ້ຖືກຈໍາກັດຫຼາຍ. ປະຈຸບັນ, ບໍ່ມີ SMFC ທີ່ສາມາດຜະລິດກະແສໄຟຟ້າຢ່າງສະໝ່ຳສະເໝີຢູ່ນອກສະພາບນ້ຳທີ່ມີຄວາມຊຸ່ມຊື່ນສູງ. ຄວາມບໍ່ສອດຄ່ອງຂອງຜົນຜະລິດພະລັງງານແມ່ນເນື່ອງມາຈາກຄວາມແຕກຕ່າງຂອງສະພາບແວດລ້ອມ, ຄວາມຊຸ່ມຂອງດິນ, ປະເພດຂອງດິນ, ມີຈຸລິນຊີທີ່ອາໄສຢູ່ໃນດິນແລະອື່ນໆ, ແຕ່ການປ່ຽນແປງຂອງຄວາມຊຸ່ມຂອງດິນມີຜົນສູງສຸດຕໍ່ຄວາມສອດຄ່ອງຂອງຜົນຜະລິດພະລັງງານ. ຈຸລັງຈໍາເປັນຕ້ອງໄດ້ຮັບນ້ໍາຢ່າງພຽງພໍແລະມີອົກຊີເຈນສໍາລັບຜົນຜະລິດພະລັງງານທີ່ສອດຄ່ອງເຊິ່ງອາດຈະເປັນບັນຫາທີ່ຫຍຸ້ງຍາກໃນເວລາທີ່ຝັງຢູ່ໃຕ້ດິນໃນຝຸ່ນແຫ້ງ.   

ການອອກແບບເຊນແນວຕັ້ງປັບປຸງປະສິດທິພາບແລະເຮັດໃຫ້ SMFCs ທົນທານຕໍ່ການປ່ຽນແປງຂອງຄວາມຊຸ່ມຂອງດິນ.  

ການສຶກສາທີ່ຜ່ານມາ (ກ່ຽວຂ້ອງກັບຂະບວນການອອກແບບຊ້ໍາຊ້ອນ 2 ປີທີ່ມີຂໍ້ມູນລວມ 3 ເດືອນຂອງ SMFC) ໄດ້ທົດສອບການອອກແບບເຊນຢ່າງເປັນລະບົບເພື່ອມາຮອດຄໍາແນະນໍາການອອກແບບທົ່ວໄປ. ທີມງານຄົ້ນຄ້ວາໄດ້ສ້າງແລະປຽບທຽບສີ່ສະບັບທີ່ແຕກຕ່າງກັນລວມທັງການອອກແບບພື້ນເມືອງທີ່ທັງສອງ cathode ແລະ anode ແມ່ນຂະຫນານກັບກັນແລະກັນ. ການອອກແບບແນວຕັ້ງ (ສະບັບທີ XNUMX: ການວາງທິດທາງ anode ຢຽດຕາມລວງນອນ & ການວາງສາຍ cathode perpendicular) ຂອງເຊນນໍ້າມັນໄດ້ຖືກພົບເຫັນວ່າເປັນການປະຕິບັດທີ່ດີທີ່ສຸດ. ມັນເຮັດວຽກໄດ້ດີໃນລະດັບຄວາມຊຸ່ມຂອງສະພາບນ້ໍາຖ້ວມເຖິງສະພາບແຫ້ງແລ້ງ.  

ໃນການອອກແບບແນວຕັ້ງ, anode (ເຮັດດ້ວຍກາກບອນເພື່ອຈັບເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ປ່ອຍອອກມາໂດຍເຊື້ອແບັກທີເຣັຍ) ຖືກຝັງຢູ່ໃນດິນທີ່ມີຄວາມຊຸ່ມຊື່ນຕັ້ງສາກກັບຫນ້າດິນໃນຂະນະທີ່ cathode (ເຮັດດ້ວຍໂລຫະ inert, conductive) ຕັ້ງຢູ່ເທິງສຸດ anode ຢຽດຕາມລວງນອນຢູ່ຫນ້າດິນ. ລະດັບທີ່ອົກຊີເຈນແມ່ນກຽມພ້ອມສໍາລັບການສໍາເລັດການຫຼຸດຜ່ອນການຕິກິຣິຍາເຄິ່ງຫນຶ່ງ.  

ຜົນຜະລິດພະລັງງານສໍາລັບການອອກແບບແມ່ນສູງຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕະຫຼອດໄລຍະເວລາໃນເວລາທີ່ຈຸລັງຖືກນ້ໍາຖ້ວມ. ມັນດໍາເນີນການໄດ້ດີຈາກສະພາບໃຕ້ນ້ໍາຢ່າງສົມບູນໄປສູ່ຄວາມແຫ້ງແລ້ງເລັກນ້ອຍ (41% ນ້ໍາໂດຍປະລິມານ) ແຕ່ມັນຍັງມີປະລິມານນ້ໍາປະລິມານ (VWC) ສູງ 41% ຄວາມຕ້ອງການທີ່ຈະຍັງຄົງມີການເຄື່ອນໄຫວ.  

ການສຶກສານີ້ຕອບຄໍາຖາມກ່ຽວກັບລັກສະນະການອອກແບບຂອງ SMFCs ໄປສູ່ການປັບປຸງຄວາມສອດຄ່ອງແລະຄວາມທົນທານຕໍ່ການປ່ຽນແປງຄວາມຊຸ່ມຊື່ນ. ນັບຕັ້ງແຕ່ຜູ້ຂຽນໄດ້ປ່ອຍອອກມາເມື່ອການອອກແບບ, ການສອນແລະເຄື່ອງມືຈໍາລອງທັງຫມົດໃຫ້ແກ່ປະຊາຊົນເພື່ອນໍາໃຊ້ແລະສ້າງຂື້ນ, ຫວັງວ່າ, ນີ້ຄວນຈະແປໄປສູ່ການນໍາໃຊ້ທີ່ກວ້າງຂວາງໃນຂົງເຂດທີ່ຫຼາກຫຼາຍເຊັ່ນ: ການປູກຝັງທີ່ຊັດເຈນໃນອະນາຄົດອັນໃກ້ນີ້.  

*** 

ເອກະສານ:  

1. Vishwanathan AS, 2021. ຈຸລິນຊີນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟ: ການທົບທວນຄືນທີ່ສົມບູນແບບສໍາລັບຜູ້ເລີ່ມຕົ້ນ. 3 ເຕັກໂນໂລຊີຊີວະພາບ. 2021 ພຶດສະພາ; 11(5): 248. ຈັດພີມມາອອນໄລນ໌ 01 ພຶດສະພາ 2021. DOI: https://doi.org/10.1007/s13205-021-02802-y 

2. ສິບ B. et al 2024. ຄອມພິວເຕີ້ທີ່ໃຊ້ດິນ: ຄູ່ມືວິສະວະກອນໃນການອອກແບບຈຸລັງນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟຈຸລິນຊີໃນດິນ. Published: 12 January 2024. ການດໍາເນີນ ACM ກ່ຽວກັບເທັກໂນໂລຍີການໂຕ້ຕອບ, ມືຖື, Wearable ແລະ Ubiquitous. ເຫຼັ້ມທີ 7 ສະບັບທີ 4 ມາດຕາ: 196 ໜ້າ 1–40. DOI: https://doi.org/10.1145/3631410 

3. ມະຫາວິທະຍາໄລ Northwestern. ຂ່າວ-ຫ້ອງນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟທີ່ຂັບເຄື່ອນດ້ວຍຝຸ່ນຂີ້ຝຸ່ນແລ່ນຕະຫຼອດໄປ. Posted on 12 ມັງກອນ 2024. Available at https://news.northwestern.edu/stories/2024/01/dirt-powered-fuel-cell-runs-forever/ 

***