|
حمید ریسمانی یزدی، پژوهشگر ایرانی دانشگاه ایالتی اوهایو با کشف باکتری‌هایی با قابلیت تجزیه ملکول‌های پیچیده سلولز در دستگاه گوارش گاو برای نخستین بار موفق به ابداع سیستم پیل سوختی میکروبی با قابلیت تولید برق از ضایعات سلولزی شد.
به گزارش خبرنگار «فن‌آوری» خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، سیستم پیل سوختی ابداعی ضمن این که می‌تواند به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر، پاک و کارآمد برای تامین الکتریسیته مورد نیاز سیستم‌های کنترل از دور و همچنین در مناطق صعب‌العبور و دور از شبکه انتقال برق به کار می‌رود، چشم‌اندازی جذاب و امیدبخش در ساخت پالایشگاه‌های زیستی ترسیم می‌کند که در آنها با بهره‌گیری از باکتریهای کشف شده، از ضایعات و پسماند‌های آلی، برق، متان و هیدروژن تولید می‌شود.
به گفته این محقق جوان ایرانی، اگر چه پیش از این نیز محققان و گروه‌های تحقیقاتی دیگری موفق به طراحی پیل‌های سوختی میکروبی شده‌اند ولی در سیستم‌های موجود عمدتا از ترکیبات ساده و در عین حال واجد ارزش خوراکی مثل قندهای ساده و نشاسته برای تولید برق استفاده می‌شود و این نخستین بار است که امکان تولید برق از تجزیه مولکول‌های پیچیده سلولز که به وفور در ضایعات کشاورزی و صنعتی وجود درند، فراهم شده است.
حمید ریسمانی یزدی، دانشجوی دکتری مهندسی بیوتکنولوژی دانشگاه ایالتی اوهایو آمریکا که سرپرستی این تحقیقات را بر عهده دارد در گفت‌و‌گو با خبرنگار فن‌آوری خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا) اظهار داشت: در پیل سوختی جدید با استفاده از باکتری‌هایی که در شکمبه گاو کشف شده‌اند، سلولز حاصل از کاغذ باطله، محصولات چوبی و ضایعات گیاهی پس از برداشت محصول در مزارع، تجزیه و جریان برق تولید می‌شود.
وی خاطرنشان کرد: سلولز ترکیب شیمیایی پیچیده‌ای دارد که تنها معدودی از باکتری‌ها توانایی تجزیه آن را دارند و باکتری‌هایی که توانایی انتقال الکترون تولید شده از سوخت و ساز سلولز به الکترود را داشته باشند تا حالا کشف نشده بود.
از آنجا که مجموعه باکتریهای موجود در شکمبه نشخوارکنندگان به عنوان بهترین تجریه کنندگان سلولز تکامل یافته و توان کار در شرایط بی‌هوازی را دارند لذا برای استفاده در این روش مورد توجه قرار گرفتند که نتیجه بسیار خوبی نیز گرفته شد.
ریسمانی یزدی تصریح کرد: پیل‌های سوختی میکروبی یک فن‌آوری جدید برای تولید انرژی‌های جایگزین و پایدار است که در آن با استفاده از باکتریهای خاص به عنوان کاتالیزور برای تولید الکترون‌های آزاد از ضایعات کشاورزی و حتی فاضلاب جریان الکتریکی تولید می‌شود.
اهمیت این فن‌آوری عدم تولید گازهای گلخانه‌یی و همچنین استفاده از منابع آلی تجدید پذیر و در نتیجه نامحدود است.
وی خاطرنشان کرد: یکی از مهم‌ترین منابع تجدید پذیر ضایعات سلولزی ناشی از کشاورزی و واحدهای صنعتی است که محققان زیادی در دانشگاه« اوهایو» و سایر دانشگاه‌های آمریکا و دنیا برای تبدیل این ضایعات به ترکیبات آلی قابل استفاده تلاش می‌کنند ولی از نظر فنی و اقتصادی مشکلات زیادی در بهره‌گیری از آنها وجود داشته است. در روش ابداعی ما انرژی شیمیایی نهفته در این ترکیبات، مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود و لذا بدون هیچ احتراق و تولید آلاینده و با راندمانی بالا برق تولید می‌کند.
این روش خصوصا در مناطقی که به دلیل سوانح طبیعی یا قرار داشتن در مناطق صعب‌العبور به شبکه برق وصل نیستند و همچنین در سامانه‌های کنترل از دور که تعویض مکرر باتری در آنها مشکل یا ناممکن است قابل استفاده است.
ریسمانی یزدی در گفت‌و‌گو با ایسنا خاطرنشان کرد: در آینده قصد داریم یک پالایشگاه زیستی مثل پالایشگاه نفت بسازیم که ضایعات آلی (کشاورزی – صنعتی) و آب‌های دفعی وارد آن شده و انرژی الکتریکی، هیدروژن و متان از آن خارج می‌شود.
به گفته این محقق، سیستم پیل سوختی ابداعی در حال حاضر می‌تواند حداکثر 5/3 وات بر متر مکعب حجم آند، الکتریسته تولید کند که امیدواریم با پیشرفت‌هایی که در ادامه تحقیقاتمان حاصل می‌شود، بازده آن را افزایش دهیم.
ریسمانی یزدی در ادامه درباره ساختار این پیل سوختی میکروبی گفت: پیل سوختی از دو محفظه آند و کاتد تشکیل شده است. محفظه آند بی‌هوازی است که الکترون‌های حاصل از تجزیه سلولز در آن از طریق زنجیره انتقال الکترون به خارج از سلول انتقال می‌یابد.
این الکترون‌ها سپس مستقیما یا به وسیله ناقلی به الکترودی از جنس گرافیت که در آند قرار گرفته منتقل شده و از آنجا از طریق یک مدار خارجی به کاتد می‌رود.
در عین حال یون‌های هیدروژن ناشی از سوخت و ساز باکتریایی نیز از طریق یک غشاء انتخابی به قسمت کاتد منتقل می‌شود که در این قسمت که هوازی است الکترون‌های ورودی از آند با یون‌های اکسیژن و هیدروژن در سطح الکترود کاتد که آن هم از جنس گرافیت است ترکیب و تشکیل آب می‌دهند. به این ترتیب چرخه پیل سوختی شکل می‌گیرد.
وی با اذعان به این که پیل سوختی میکروبی پیش از این نیز طراحی شده است، اظهار داشت: نکته بسیار حائز اهمیت این است که در این طرح توانسته‌ایم برای نخستین بار از ترکیبات سلولزی جریان برق بگیریم در حالی که گروهای دیگر از ترکیبات خیلی ساده مثل قند و نشاسته که توسط خود انسان هم قابل استفاده است استفاده می‌کنند.
ریسمانی یزدی در پایان درباره علت بهره‌گیری از باکتری‌ها در پیل‌های سوختی و مزیت پیل‌های سوختی میکروبی نسبت به پیل‌های سوختی معمول گفت: در پیل‌های سوختی متعارف از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده شده و بدین منظور کاتالیزور پلاتین را به کار می‌برند اما اگر بخواهیم مستقیما از ترکیبات آلی مثل سلولز برای تولید الکتریسیته در پیل استفاده کنیم، کاتالیزورهای موجود توانایی شکستن آنها را ندارند لذا باکتری‌ها به عنوان کاتالیزورهای زیستی بهترین گزینه خواهند بود.
چنین باکتری‌هایی ضمن این که باید توانایی شکستن چنین مولکول‌های پیچیده‌ای را داشته باشند، باید بتوانند به صورت مستقیم یا غیرمستقیم الکترون‌های تولید شده را به الکترود منتقل کنند.
به گزارش ایسنا، حمید ریسمانی یزدی، پژوهشگر جوان ایرانی دانشگاه اوهایو، در سال 1357 در اصفهان به دنیا آمده و تحصیلات کارشناسی و کارشناسی ارشدش را در رشته مهندسی کشاورزی (علوم دامی) در دانشگاه صنعتی اصفهان به پایان برده و از سال 2003 تاکنون به عنوان محقق و دانشجوی دکتری بیوتکنولوژی(تولید انرژی‌های جایگزین) در دانشگاه ایالتی اوهایو فعالیت دارد. |
