بررسی اثر غلظت سوبسترا استات سدیم و میزان اکسیژن‌دهی بر ولتاژ سیستم و رفع آلایندگی در پیل سوختی میکروبی_گیاهی

ماشین های کشاورزی

مقاله 7، دوره 15، شماره 4 - شماره پیاپی 38، دی 1404، صفحه 605-617   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.2025.91299.1326

نویسندگان

شهریار شکری¹؛ وحید رستم پور^{* 1}؛ کاوه ملازاده²؛ صابر امیری³؛ ایوب فتح‌الهی قره‌چپوق⁴

¹گروه مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

²گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

³گروه صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

⁴گروه جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

با افزایش روزافزون جمعیت جهان، نیاز صنعت به تامین انرژی و یافتن راهکارهای تامین انرژی از منابع تجدیدپذیر و همچنین توجه به ماهیت منابع انرژی تجدیدپذیر اعم از مدیریت آلایندگی و کاهش گازهای گلخانه‌ای از اهمیت فراوانی برخوردار است. سیستم پیل سوختی میکروبی-گیاهی همانند پیل سوختی میکروبی با تجزیه مواد آلی موجود در محفظه آندی توانایی تولید انرژی الکتریسیته از مواد آلی را دارا می‌باشد. سیستم پیل سوختی میکروبی-گیاهی مورد تحقیق در این پژوهش، سیستمی نوپا است که می‌تواند در راستای محقق نمودن اهداف توسعه پایدار به‌کار گرفته شود. این سیستم به کمک ریزسازواره‌های موجود در محفظه آندی، مواد کربوهیدراتی، که به‌وسیله ریشه گیاه و یا مواد آلی دیگر در محیط کشت گیاه قرار می‌گیرند، را تجزیه کرده و تولید انرژی الکتریسیته می‌نماید. در این پژوهش پیل‌های سوختی میکروبی-گیاهی با به‌کارگیری گیاه سیپروس و همچنین ریزسازواره‌های شوانیلا آنودینس طراحی و راه‌اندازی شد و تاثیرات دو پارامتر میزان اکسیژن‌دهی به محفظه کاتدی و میزان تلقیح سوبسترای استات سدیم به محفظه آندی بر ولتاژ خروجی پیل مورد آزمایش و بررسی قرار گرفت. همچنین میزان رفع آلایندگی بستر نیم پیل آندی به کمک اندازه‌گیری اکسیژن‌خواهی شیمیایی و بیولوژیکی گزارش گردید. در بهینه‌ترین حالت این پارامترها، ولتاژ mV290 و میزان رفع آلایندگی 90 درصد به ثبت رسید.

کلیدواژه‌ها

انرژی تجدیدپزیر؛ باکتری شوانیلا آنودینس؛ گیاه‌پالایی؛ گیاه سیپروس

مراجع

1. Aghababaie, M., Farhadian, M., Jeihanipour, A., & Biria, D. (2015). Effective factors on the performance of microbial fuel cells in wastewater treatment–a review. Environmental Technology Reviews, 4(1), 71-89 https://doi.org/10.1080/09593330.2015.1077896
2. Di Lorenzo, M., Thomson, A. R., Schneider, K., Cameron, P. J., & Ieropoulos, I. (2014). A small-scale air-cathode microbial fuel cell for on-line monitoring of water quality. Biosensors and Bioelectronics, 62, 182-188 https://doi.org/10.1016/j.bios.2014.06.050
3. Doosti, B., & Asakereh, A. (2025). Feasibility and Site Selection for Wind-Powered Road Lighting in Kermanshah Province. Journal of Agricultural Machinery, 15(4). (in Persian with English abstract). https://doi.org/10.22067/jam.2025.91098.1319
4. Fedosenko-Becker, T. N. (2019). Surface Modification of Bipolar Plates for Fuel Cells by Plasma Treatment (Doctoral dissertation). Universität Duisburg-Essen.
5. Feng, M., Meng, L., Zhang, Z., Zheng, Q., Wang, R., Yang, C., & Guo, W. (2024). Hierarchical modulation of extracellular electron transfer processes in microbial fuel cell anodes for enhanced power output through improved Geobacter adhesion. Electrochimica Acta, 487, 144165 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2024.144165
6. Golzarian, M., Ghiasvand, M., Shokri, S., Bahreini, M., & Kazemi, F. (2024). Performance evaluation of a dual-chamber plant microbial fuel cell developed for electricity generation and wastewater treatment. International Journal of Environmental Science and Technology, 21(7), 5947-5954. https://doi.org/10.1007/s13762-023-05415-5
7. Helder, M., Strik, D. P., Timmers, R. A., Raes, S. M., Hamelers, H. V., & Buisman, C. J. (2013). Resilience of roof-top plant-microbial fuel cells during Dutch winter. Biomass and Bioenergy, 51, 1-7 https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2012.10.011
8. Kacmaz, G. K., & Eczacioglu, N. (2024). The mechanism of bioelectricity generation from organic wastes: Soil/plant microbial fuel cells. Environmental Technology Reviews, 13(1), 76-95 https://doi.org/10.1080/21622515.2023.2283814
9. Logan, B. E. (2008). Microbial fuel cells. John Wiley & Sons
10. Logan, B. E. (2009). Exoelectrogenic bacteria that power microbial fuel cells. Nature Reviews Microbiology, 7(5), 375. https://doi.org/10.1038/nrmicro2113
11. Mishra, M., Desul, S., Santos, C. A. G., Mishra, S. K., Kamal, A. H. M., Goswami, S., & Baral, K. (2024). A bibliometric analysis of sustainable development goals (SDGs): a review of progress, challenges, and opportunities. Environment, Development and Sustainability, 26(5), 11101-11143. https://doi.org/10.1007/s10668-023-03225-w
12. Timmers, R. A., Strik, D. P., Hamelers, H. V., & Buisman, C. J. (2013). Electricity generation by a novel design tubular plant microbial fuel cell. Biomass and Bioenergy, 51, 60-67 https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2013.01.002
13. Yadav, V. S., Srivastava, M. P., Yadav, R. K., & Kumar, N. (2024). Phytoremediation potential of plants for heavy metal contaminated soil. Library Progress International, 44(3), 5400-5406.