Mikrobiális üzemanyagcella alapú technológia fejlesztése és alkalmazása biodegradálható szervesanyag tartalom meghatározására
A mikrobiális üzemanyagcellák (MFC – Microbial Fuel Cell) olyan speciális bioreaktorok, amelyekben az ún. exoelektrogén mikroorganizmusok a szerves szubsztrátok oxidációjából nyert elektronokat közvetlenül a szilárd anód felületre képesek transzportálni, így a biodegradációból közvetlenül elektromos energia nyerhető. Az elmúlt évtizedben exponenciálisan emelkedett a mikrobiális üzemanyagcellákkal kapcsolatos publikációk száma. Az MFC-k alkalmazása több területen kecsegtető: felhasználhatók megújuló energia előállításra, szerves szennyezések lebontására/hasznosítására, szennyvíztisztításra. Fontos szegmense továbbá az MFC-k hasznosításának a bioszenzorként történő alkalmazás, ami azon alapul, hogy a cellában mérhető elektromos paraméterek (feszültség, áramerősség, teljesítmény) összefüggésbe hozhatók az anódtérben levő szerves szubsztrátok és/vagy toxinok mennyiségével és minőségével.
Hosszú távú kutatási célunk biodegradálható szervesanyagok mennyiségi és minőségi meghatározására alkalmas MFC alapú technológia kifejlesztése, ill. a jelenleg szabványosan alkalmazott BOI (biokémiai oxigén igény) mérés jól automatizálható és kevésbé időigényes alternatívájának kidolgozása. A kutatócsoport korábbi kutatásaiban vizsgálta hidraulikai szempontból folytonosan üzemeltetett MFC-k alkalmazhatóságát, azonban a kutatási eredmények több limitáló tényezőt fedtek fel: egyfelől szűknek bizonyult a mennyiségi meghatározás mérési tartománya, másfelől pedig megkérdőjelezhető volt a lassan biodegradálható szervesanyagok mérése/detektálása.
Kutatásomban szakaszosan üzemeltetett egyterű (ún. légkatóddal rendelkező) MFC-ket vizsgáltam: a szerves szubsztrát anódtérbe adagolását követően a feszültséget mértem az idő függvényében a szubsztrát elfogyásáig. Ezt követően az ohm törvény segítségével, valamint numerikus integrálással meghatároztam a mérés során átáramlott töltés mennyiségét. A szakaszos mérési módszer alkalmazhatóságát acetát (oldott, könnyen biodegradálható, szintetikus) szubsztrát alkalmazásával igazoltam: az átáramlott töltés lineáris összefüggést mutatott a beadagolt szubsztrát mennyiségével.
A továbbfejlesztett módszert ezt követően különböző minőségű szubsztrátokkal (pepton, keményítő, tej, valós kommunális szennyvíz) teszteltem. Eredményeim arra utalnak, hogy megfelelő kalibrációt követően a szakaszosan üzemeltetett MFC alapú bioszenzorok alkalmasak lehetnek a konvencionális BOI mérés kiváltására, és a biodegradálható szervesanyagok mennyiségi meghatározása mellett bizonyos fokú minőségi meghatározást (pl. szennyvíz szervesanyag tartalmának frakcionálása) is lehetővé tehetnek.
szerző
-
Petrovai Noémi
Biomérnöki alapképzési szak, nappali BSC
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Dr. Tardy Gábor Márk
Egyetemi adjunktus, Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék -
Dr. Lóránt Bálint
Adjunktus, Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék
