Λειτουργία και χαρακτηρισμός μονάδας μικροβιακής κυψελίδας καυσίμου (ΜΚΚ) και συστοιχίας με εκχύλισμα ζυμώσιμων τροφικών υπολειμμάτων

Καρυδογιάννης, Ιωάννης; Karydogiannis, Ioannis

dc.contributor.author	Καρυδογιάννης, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Karydogiannis, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2020-11-23T21:48:52Z
dc.date.available	2020-11-23T21:48:52Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52023
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.19721
dc.rights	Default License
dc.subject	Μικροβιακή κυψελίδα καυσίμου	el
dc.subject	Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας	el
dc.subject	Ζυμώσιμο υπόστρωμα	el
dc.subject	Ηλεκτροχημικός χαρακτηρισμός	el
dc.subject	Συστοιχία κυψελίδων καυσίμου	el
dc.title	Λειτουργία και χαρακτηρισμός μονάδας μικροβιακής κυψελίδας καυσίμου (ΜΚΚ) και συστοιχίας με εκχύλισμα ζυμώσιμων τροφικών υπολειμμάτων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Chemical engineering	en
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-08-30
heal.abstract	H Μικροβιακή Κυψελίδα Καυσίμου (ΜΚΚ 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 (1). 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 (ή MFC) ενός θαλάμου (η κάθοδος είναι σε επαφή με τον ατμοσφαιρικό αέρα) χωρίς διαμεσολαβητή καθώς και για τον εγκλιματισμό των ηλεκτροπαραγωγών μικροβίων στο ανοδικό ηλεκτρόδιο. Ζυμώσιμα οικιακά απορρίμματα συλλέχθηκαν από δημότες του Δήμου Χαλανδρίου και στη συνέχεια ξηράθηκαν 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. Επιπλέον πραγματοποιήθηκε ηλεκτροχημικός χαρακτηρισμός προκείμενου να υπολογισθεί η απόδοση κάθε κελίου καθώς και οι εσωτερικές αντιστάσεις αυτού. Τέλος, μέσω ηλεκτρικής σύνδεσης πανομοιότυπων μονάδων MFC (σε σειρά ή παράλληλα), πραγματοποιήθηκαν κύκλοι εργασίας των μονάδων με σκοπό τη μελέτη της απόδοσης τους και των εσωτερικών αντιστάσεων. Χαρακτηρισμοί (pH, αγωγιμότητα, Χημικά Απαιτούμενο Οξυγόνο (ΧΑΟ), υδατάνθρακες) του αποβλήτου διεξήχθησαν πριν και κατά την χρήση του ως πηγή ενέργειας στη ΜΚΚ. Η απόδοση σε ηλεκτρικό φορτίο (coulombic efficiency, CE) που ελήφθη κυμάνθηκε σε εύρος ~ 18% για όλους τους κύκλους εργασίας. Η βέλτιστη απόδοση του συστήματος παρουσίασε δυναμικό 0.337 V και απέδωσε μέγιστη πυκνότητα ισχύος 3.14 mW. Επιπλέον μέσω πειραμάτων φασματοσκοπίας ηλεκτροχημικής εμπέδησης υπολογίστηκε ότι η εσωτερική αντίσταση της κυψελίδας κυμάνθηκε στο εύρος τιμώ 12.71- 12.78 Ω, τιμή η οποία είναι σημαντικά χαμηλότερη από τις εσωτερικές αντιστάσεις που εμφανίζονται στις κυψελίδες δύο θαλάμων (2). Απαιτείται περαιτέρω μελέτη στην λειτουργία της συστοιχίας των ΜΚΚ σε παράλληλη σύνδεση, η οποία εμφάνισε μικρότερες αντιστάσεις σε σχέση με τη συνδεσμολογία σε σειρά, η οποία και αυτή χρήζει περαιτέρω μελέτης προκειμένου να αντιμετωπισθούν προβλήματα με την αναστροφή δυναμικού που οφείλεται σε ανισοκατανομή των φορτίων μεταξύ των μονάδων (3).	el
heal.advisorName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.advisorName	Τρεμούλη, Ασημίνα	el
heal.committeeMemberName	Λυμπεράτος, Γ.	el
heal.committeeMemberName	Βλυσίδης, Α.	el
heal.committeeMemberName	Μπουρουσιάν, Μ.	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	52 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false