Mikrobiyel yakıt hücresinde Shewanella putrefaciens tarafından organik atıklardan elektrik üretimi

Yıl 2011, Cilt: 21 Sayı: 2, 79 - 87, 31.12.2011

Sevil Aktan Emine Ubay Çokgör Fahrettin Gücin

Öz

Mikrobiyal yakıt hücreleri (MYH) oksijensiz ortamda elektrojen mikroorganizmaları biyokatalizör olarak kullanarak organik maddelerden elde edilen kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine çeviren sistemlerdir.Tipik bir MYH’si anot, katot, proton geçirgen membran ve voltaj yada akım değerlerini ölçen veri toplama cihazından oluşur.Elektrojen bakteri oksijensiz ortamda anot üzerinde biyofilm tabakası oluşturarak organik maddeleri, karbondioksit, elektron ve protona çevirir. Bu çalışmada, iki hazneli MYH ve saf kültür Shewanella putrefaciens kullanılmıştır. Bu saf kültür bakterisinin seçilmesindeki amaç, dış membran enzimlerini doğal olarak kullanma yeteneğinde olduğundan elektronlarını iletken bir anota verme kabiliyetine sahip olmasıdır. Böylece bakteri tarafından üretilen elektronları anot elektroduna iletecek dışarıdan kimyasal bir medyatör kullanma gerekliliği ortadan kalkmıştır. Bu çalışmada, MYH’de farklı organik maddelerden ve farklı miktarlarda çoğaltılan saf kültür S. putrefaciens kullanılarak açık devre voltajları ölçülmüştür. 10 mM glikoz kullanılarak 1250 mL besi maddesi içinde çoğaltılan saf kültürün santrifüjünden elde edilen devre voltajı 832 mV iken, 2500 mL saf kültür için 777 mV, 800 mL saf kültür için ise 810 mV olarak ölçülmüştür.10 mM etanol kullanılarak 1250 mL saf kültürden 670 mV, 10 mM propiyonik asit kullanılarak 1250 mL saf kültür için ise açık devre voltajı 803mV bulunmuştur. Besi maddesi olarak 10 mM glikoz kullanıldığında 5000 Ω dış direnç ile çalıştırıldığında amper değeri 4 µA ölçülmüştür. Güç yoğunluğu olarak 0.8 mA/m2bulunmuştur.

Anahtar Kelimeler

Mikrobiyal yakıt hücresi, elektrik üretimi, Shewanella putrefaciens, voltaj, güç yoğunluğu

Teşekkür

Bu çalışmada destekleyici kuruluş Devlet Planlama Teşkilatına, İTÜ’ye ve FÜ’ne, elektrotları temin eden Prof. Dr. Ali Ata’ya (GYTE), projenin fikir mimarı Dr. Ayşe İnci İşli’ye, ve yardımlarından dolayı Ümran Ceylan ile Işılay Ulusoy’a teşekkür ederim.

Kaynakça

• Levett, P.N., (1991), Anaerobic Microbiology A Practical Approach, Oxford University Press.
• Bond, D.R. and Lovley, D.R., (2003). Electricity production by Geobactersulfurreducens attached to electrodes, Applied Environmental Microbiology, 69, 1548-1555.
• Chaudhuri, S.K., Lovley, D.R., (2003).Electricity generation by direct oxidation of glucose in mediatorless microbial fuel cells, Natural Biotechnology, 21, 1229-1232.
• Choi, Y., Jung, E., Kim, S., Jung, S., (2003). Membrane fluidity sensoring microbial fuel cell, Bioelectrochemistry, 59,121-127.
• Du, Z., Li, H., Gu, T., (2007). A state of the art review on microbial fuel cells: A promising technology for wastewater treatment and bioenergy, Biotechnology Advances, 25, 464-482.
• Kim, B.H., Kim, H.J., Hyun, M.S., Park, D.H., (1999). Direct electrode reaction of Fe (III)-reducing bacterium, Shewanellaputrifaciens, Journal of MicrobiolBiotechnology, 9,127-131.
• Kim, H.J., Park, H.S., Hyun, M.S., Chang, I.S., Kim, M., Kim, B.H., (2002). A mediatorless microbial fuel cell using a metal reducing bacterium, Shewanellaputrefaciens, Enzyme Microbial Technology, 30, 145-152.
• Logan, B.E., Murano, C., Scott, K., Gray, N.D., Head, I.M., (2005). Electricity generation from cysteine in a microbial fuel cell, Water Research, 39, 942-952.
• Logan, B.E., Hamelers, B., Rozendal, R., Schroder, U., Keller, J., Freguia, S., (2006). Microbial fuel cells: Methodology and technology, Environmental Science and Technology, 40, 5181-5192.
• Logan, B.E., Regan, J.M., (2006). Microbial challenges and fuel cell applications, Environmental Science and Technology, 40, 17, 5172-5180.
• Moser, D., Nealson, K.H., (1996). Growth of the facultative anaerobe shewanellaputrefaciens by elemental sulfur reduction, Applied and Environmental Microbiology, 62, 6, 2100-2105.
• Rabaey, K., Verstraete, W., (2005). Microbial fuel cells: Novel biotechnology for energy generation, Trends in Biotechnology, 23, 6, 291-298.