Αξιοποίηση προδιαλεγμένων στην πηγή οικιακών βιοαποβλήτων για την παραγωγή ηλεκτρισμού σε μικροβιακό κελί καυσίμου δύο θαλάμων (MFC)

Κανέλλος, Γεράσιμος; Kanellos, Gerasimos

dc.contributor.author	Κανέλλος, Γεράσιμος	el
dc.contributor.author	Kanellos, Gerasimos	en
dc.date.accessioned	2017-06-28T11:17:12Z
dc.date.available	2017-06-28T11:17:12Z
dc.date.issued	2017-06-28
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45109
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14242
dc.rights	Default License
dc.subject	ΜΚΚ	el
dc.subject	Μικροβιακή κυψελίδα καυσίμου	el
dc.subject	Βιοαπόβλητα	el
dc.subject	Βιοαντιδραστήρες	el
dc.subject	Ηλεκτροπαραγωγοί μικροοργανισμοί	el
dc.subject	MFC	el
dc.subject	Microbial fuel cell	el
dc.subject	Foodwaste	el
dc.subject	Bioreactor	el
dc.subject	Microorganisms	el
dc.title	Αξιοποίηση προδιαλεγμένων στην πηγή οικιακών βιοαποβλήτων για την παραγωγή ηλεκτρισμού σε μικροβιακό κελί καυσίμου δύο θαλάμων (MFC)	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Valorization of presorted municipal biowaste for the production of electricity in a two-chamber microbial fuel cell (MFC)	en
heal.classification	Περιβαλλοντική μηχανική	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/df16e4f70a884dc97964f904cf22530794c9184f
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-02-21
heal.abstract	H Μικροβιακή Κυψελίδα Καυσίμου (MFC) είναι ένας βιοαντιδραστήρας ο οποίος μετατρέπει την ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στους χημικούς δεσμούς οργανικών ενώσεων απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω ηλεκτροκαταλυτικών αντιδράσεων των μικροοργανισμών υπό αναερόβιες συνθήκες. Μια τυπική ΜΚΚ αποτελείται από τον ανοδικό και τον καθοδικό θάλαμο οι οποίοι διαχωρίζονται μεταξύ τους μέσω μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων (PEM). Οι μικροοργανισμοί στην άνοδο οξειδώνουν τα οργανικά υποστρώματα και παράγουν ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Τα πρωτόνια διοχετεύονται στον καθοδικό θάλαμο μέσω της PEM, και τα ηλεκτρόνια μέσω του εξωτερικού κυκλώματος. Τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια καταναλώνονται στον καθοδικό θάλαμο με παράλληλη αναγωγή του οξυγόνου σε νερό, που είναι η καθοδική αντίδραση που συναντάται συνήθως στις ΜΚΚ. Στην παρούσα μελέτη, τα πειράματα διεξήχθησαν αρχικά χρησιμοποιώντας γλυκόζη, ως πηγή ενέργειας, για τον χαρακτηρισμό μιας ΜΚΚ δύο θαλάμων χωρίς διαμεσολαβητή καθώς και για τον εγκλιματισμό των ηλεκτροπαραγωγών μικροβίων στο ανοδικό ηλεκτρόδιο. Ζυμώσιμα οικιακά απορρίματα συλλέχθησαν από δημότες του Δήμου Χαλανδρίου και στη συνέχεια ξηράνθηκαν και τεμαχίστηκαν σε ξηραντήρα εγκατεστημένο στην περιοχή του Δήμου προς σχηματισμό του προϊόντος FORBI (Food Residue Biomass). Στη συνέχεια, διερευνήθηκε η δυνατότητα παραγωγής βιοηλεκτρισμού από επεξεργασμένο και φιλτραρισμένο FORBI. Χαρακτηρισμοί (pH, αγωγιμότητα, Χημικά Απαιτούμενο Οξυγόνο (ΧΑΟ), υδατάνθρακες) του αποβλήτου διεξήχθησαν πριν και κατά την χρήση του ως πηγή ενέργειας στη ΜΚΚ. Εξετάστηκε η επίδραση των διαφορετικών αρχικών συγκεντρώσεων (0.7, 0.9, 1.4, 2.8 g XAO/L) στην απόδοση και λειτουργία του συστήματος. Παρατηρήθηκε ότι η αύξηση της αρχικής συγκέντρωσης του αποβλήτου οδήγησε σε αντίστοιχη αύξηση τόσο του απαιτούμενου χρόνου λειτουργίας όσο και της μέγιστης χωρητικότητας του συστήματος. Ειδικότερα, ο απαιτούμενος χρόνος λειτουργίας παρατηρήθηκε ότι συνδέεται γραμμικά με την αρχική συγκέντρωση του υποστρώματος (y = 42.332x + 44.752). Η απομάκρυνση του ΧΑΟ κυμάνθηκε μεταξύ 71% και 83%. Η απόδοση σε ηλεκτρικό φορτίο (coulombic efficiency, CE) που ελήφθη κυμάνθηκε σε εύρος ~ 2% για όλες τις εξεταζόμενες συγκεντρώσεις. Η βέλτιστη απόδοση του συστήματος καταγράφηκε κατά την υψηλότερη αρχική συγκέντρωση αποβλήτου (2.8 g ΧΑΟ/L). Συγκεκριμένα παρουσίασε δυναμικό 0.038 V και απέδωσε μέγιστη πυκνότητα ισχύος 27 mW/m2 (κανονικοποιημένη ως προς τη γεωμετρική επιφάνεια του ανοδικού ηλεκτροδίου (A = 21.6 cm2)) που αντιστοιχούσε σε πυκνότητα ρεύματος 83 mA/m2. Εξετάστηκε επιπρόσθετα η χρήση της γλυκόζης στην ΜΚΚ, ως πηγή ενέργειας, για συγκριτικούς λόγους. Κατά τη χρήση γλυκόζης η μέγιστη πυκνότητα ισχύος ήταν 21 mW/m2 με απόδοση ηλεκτρικού φορτίου ίση με ~ 3%. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι άμεσα βιοαποικοδομήσιμα υποστρώματα, όπως το προϊόν FORBI, μπορούν ναχρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά για την ενίσχυση της παραγωγής βιοηλεκτρισμού σε Μικροβιακή Κυψελίδα Καυσίμου δύο θαλάμων.	el
heal.abstract	An MFC is a bioreactor that converts the energy stored in the chemical bonds of organic compounds directly to electrical energy through electrocatalytic reactions of microorganisms under anaerobic conditions. A typical MFC consists of the anod e and cathode chambers, physically separated by a proton exchange membrane (PEM). Microorganisms in the anode oxidize the organic substrates and produce electrons and protons. Protons are conducted to the cathode chamber through the PEM, and electrons thro ugh the external circuit. Protons and electrons are consumed in the cathode chamber with parallel reduction of oxygen to water. In this study, experiments were initially conducted using a glucose medium for characterization of a two - chamber mediator - less microbial fuel cell and for microbial acclimation at the anode compartment. In the sequel, the possibility of bioelectricity production from Food Residue Biomass (FORBI) in the MFC was investigated. The MFC treated the biomass product leachate produced fro m fermentable food waste and examined the power generation and energy recovery. FORBI was produced from the pre - sorted fermentable fraction of household waste and generated by drying and shredding food waste collected at the Municipality o f Halandri . The characteristics of the organics in food waste before and after the MFC treatment were analyzed to examine how the organic matters were biodegraded and transformed to energy during the MFC process. Different organic loads (0.7, 0.9, 1.4 and 2.8) were investigated in the two - chamber microbial fuel cell (MFC). It was observed that the increase of the initial concentration of the waste resulted in a corresponding increase in the operating time. In particular, the required operating time showed a linear relationship with the initial concentration of the substrate (y = 42.332x + 44.752). Chemical oxygen demand removal ranged between 71% and 83%. The coulombic efficiency obtained was in the range of ~ 2% for all concentrations tested. The maximum power density ranged between 20 mW/m 2 and 27 mW/m 2 (n ormalized to the geometric area of the anodic electrode, which was 21.6 cm 2 ), with the maximum power density obtained for the largest concentration tested (2.8 g dCOD/L), corresponding to a current density of 83 mA/m 2 and a MFC voltage of 0.038 V. For comp arison, in the case of glucose the obtained maximum power density was 21 mW/m 2 with coulombic efficiency equal to ~ 3%. The results demonstrate that readily biodegradable substrates such as FORBI can be effectively used for enhanced bioelectricity harvesti ng in an MFC.	en
heal.advisorName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Βλυσίδης, Απόστολος	el
heal.committeeMemberName	Ζουμπουλάκης, Λουκάς	el
heal.committeeMemberName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	91 σ.
heal.fullTextAvailability	true