基本信息
- 项目名称：
- 瘤胃双室微生物电池的制作及其产电性能的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本发明利用农业废弃物为原料，在微生物降解纤维素的同时产生电能的新技术，即在阳极室利用纤维素降解菌群厌氧发酵，在将农用废弃物转化为粗饲料的同时将电子传递给外电路，无需特殊电极和电子介体，单纯依靠菌群中的协同作用完成电子传递
- 详细介绍：
- 本发明利用农业废弃物为原料，在微生物降解纤维素的同时产生电能的新技术，本实验利用纤维素菌和甲烷菌作为发电的菌株，用麸皮、CMC-Na作为纤维素菌的碳源，讨论他们的基本生长条件和产电条件以便选择可提高产电量生长、产电条件。最后采用双室电池研究它的产电情况，这是本试验最创新的地方，这样做可以进一步解决环境污染问题具有很重要意义。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 研发目的 本发明以秸秆纤维素为原料，目的是建立一种与瘤胃微生物协同代谢同步稳定的发电系统。这种产电技术成本低，生产过程几乎没有污染物排放，适合在偏远地区和广大农村地区大规模推广应用。 基本思路 本研究的技术思路是采用瘤胃微生物转化秸秆纤维素产电，并以农业废弃物（玉米秸秆、小麦秸秆和稻草）为原料，当前，微生物纤维素发电的研发目的并不是和热机发电行业竞争，而是补充电力生产能力，尤其在 偏远地区和灾害时期能够代替电煤发挥应急作用。创新点 本研究项目采用瘤胃微生物降解纤维素，建立一种与微生物代谢同步的发电体系；工艺上与农村粗饲料发酵和沼气生产嫁接，并利用基因工程菌株降解秸秆中的木质素，所需纤维素原料只需简单预处理，克服了稀酸水解工艺中的诸多问题，与目前广泛应用的电煤热机发电形式相比，在生产成本上占有很大的优势，该技术思路在国内没有相关报道，即使在国际上也处于领先地位 技术关键，瘤胃生态体系的体外模拟及木质素的有效降解。 主要技术指标 1) 瘤胃微生物群体外培养时间能达到10天；并能长期保藏。 2) 纤维素降解率能达到80%。 3) 微生物发电产生的输出功率到100 mW m–2，电压达到0.7V。
科学性、先进性
- 电能是国家可持续发展的关键因素，而传统热机发电正面临着化石能源日益枯竭的重大难题。研究借助微生物代谢将化学能转化为电能的微生物电池技术，是补充电力资源的有效途径。许多有机废弃物都可以作为微生物产能代谢的电子供体。本课题以双室瘤胃微生物产电系统为研究对象，以资源丰富的秸秆纤维素为阳极发电底物，阴阳极分别利用纤维素降解菌群（株）和产气菌群（株）进行催化。
获奖情况及鉴定结果
- 曾发表文章，并获得发明专利。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 专利转让
作品可展示的形式
- 模型展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本发明利用农业废弃物为原料，在微生物降解纤维素的同时产生电能的新技术，即在阳极室利用纤维素降解菌群厌氧发酵，在将农用废弃物转化为粗饲料的同时将电子传递给外电路，无需特殊电极和电子介体，单纯依靠菌群中的协同作用完成电子传递，阳极室内纤维素降解产物可作为粗饲料；阴极利用自养型产气菌群，接受的H+和电子，产生H2、CH4等气体，可作为燃料或提纯后作为工业原料；阴、阳室之间以成本较低的生物膜相隔，同时处于厌氧环境，无需采用通氮保护；该方法产电性能好、生产成本低且避免给环境造成二次污染，具有广阔的应用前景；该降解装置结构简单、操作容易，实用性强，有利于大规模推广。 适应范围及推广前景 本发明是一种新能源发电技术，符合我国可持续发展的战略要求。而且以其作燃料由于秸秆燃烧热能利用率极低（在10%以下），对资源也是极大的浪费。利用这些废弃的农业生物质通过生物转化产电，比电煤热机、核电等发电技术成本低，原料广泛，尤其在农村直接改造原有的沼气和粗饲料发酵设备，就能应用推广。
同类课题研究水平概述
- 英国植物学家Michael Cpotter在1912年提出并设计一种最早的微生物燃料电池系统。他把酵母和大肠杆菌放入含有葡萄糖的培养基中进行厌氧培养，其产物能在铂电极上显示0.2mA和0.3V~0.5V的电压，从此开始了微生物燃料电池的研究。 20世纪70年代，以电子媒介作为电子传递方式的介体微生物燃料电池引起了研究者的关注，但由于系统中使用了有毒的介体材料才能够得到一定的电压输出，这样对环境造成了很大的影响，使得这一研究停止。直到20世纪90年代，燃料电池再一次受到人们的关注，越来越多的工作开始投入到MFC领域[12]。1987年，Lovley等发现了一种能够不通过电子传递介体而能将电子直接从微生物体内传递到体外的微生物，这种对环境无影响的成果从而使得这一领域的研究再一次在国际上受到关注。 进入21世纪，世界范围内的MFC领域的研究发展迅速，成为本世纪环境工程领域研究领域的热点之一。在MFC领域研究的各国学着分别在MFC构型，阴极和阳极的材料选择与改进，底物选择，电子传递机理，筛选纯种产电菌等方面进行了深入的研究和探讨。
