Mikrobiológiai üzemanyag cella fejlesztése és alkalmazása biodegradáció kinetikai vizsgálatára

Az elmúlt évtizedben a biotechnológiai kutatásokban egyre inkább teret nyerő mikrobiológiai üzemanyag cellák (Microbial Fuel Cell – MFC) alkalmazása merőben új lehetőséget teremt megújuló elektromos energia („bioelektromosság”) előállítására. A baktériumok egy speciális csoportja, az ún. exoelektrogének a szervesanyag oxidálásából nyert elektronokat – szigorúan anaerob környezetben – képesek közvetlenül egy szilárd vezető felületére transzportálni. Az exoelektrogén baktériumokból kialakított biofilm segítségével az MFC-ben közvetlenül szervesanyag lebontásból nyerhető elektromos energia.

A mikrobiológiai üzemanyag cellák felhasználása sokrétű: az MFC-vel kapcsolatos kutatások elsősorban a megújuló energia előállításra, a szerves szennyezések lebontására/hasznosítására és a szennyvíztisztításra koncentrálnak. A szakirodalom kisebb szegmense foglalkozik az MFC-k bioszenzorként történő alkalmazásával, összefüggésbe hozva a cellában kialakuló feszültséget az anódtérben zajló biodegradáció sebességével. Kutatásunkban egy, a szervesanyag lebontás vizsgálatára alkalmas, bioszenzorként jól alkalmazható, félfolytonos ill. folytonos üzemben működtethető cella megalkotását tűztük ki célul.

A technológia kifejlesztésének első szakaszában az ún. H-típusú cellában megvizsgáltuk az anódtér beoltását követően a biofilm növekedését jellemző feszültséglefutást, és meghatároztuk a biofilm aktivitás növekedésének sebességét. Megvizsgáltuk továbbá, hogy az elektrolit összetétele, valamint az elektródák minősége (grafit szövet ill. grafit lap), ill. a katód/anód felület aránya hogyan befolyásolja a cella teljesítményét és a kialakuló feszültséget. A vizsgálatok eredményére támaszkodva megalkottuk a szenzornak alkalmas, átfolyó anódtérrel rendelkező mikrobiológiai üzemanyag cellát. Az új technológia segítségével tanulmányoztuk az anódfelületen zajló biodegradáció kinetikáját ecetsav szubsztrát esetében. Eredményeink arra utalnak, hogy az exoelektrogén mikroflóra a szakirodalomban korábban leírtakhoz képest alacsonyabb (~1mM-os) ecetsav koncentráció mellett is hatékony metabolizmust folytat, a cella teljesítményének jelentős visszaesése nélkül. A kifejlesztett cella segítségével a jövőben különböző szubsztrátok biodegradálhatóságát/toxicitását kívánjuk részletesen tanulmányozni.

szerzők

• 
  Lóka Máté
  biomérnöki
  nappali
• 
  Lóránt Bálint
  biomérnöki
  nappali

konzulens

• 
  Dr. Tardy Gábor Márk
  Egyetemi adjunktus, Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék