دوره 12، شماره 1 - ( 9-1403 )
جلد 12 شماره 1 صفحات 74-63 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Turk-Zadeh Mahani H, Morad-Alizadeh S, Rezaei M. Microbial Fuel Cells for Bio-electricity Generation from Organic Waste (Opportunities and Challenges). J Environ Health Eng 2024; 12 (1) :63-74
URL: http://jehe.abzums.ac.ir/article-1-1069-fa.html
URL: http://jehe.abzums.ac.ir/article-1-1069-fa.html
ترک‌زاده ماهانی حنانه، مرادعلی‌زاده سعیده، رضایی مهدی. سلول‌های سوختی میکروبی برای تولید بیوالکتریسیته از پسماندهای آلی (فرصتها و چالش‌ها). مجله مهندسی بهداشت محیط. 1403; 12 (1) :63-74
مرکز تحقیقات مهندسی بهداشت محیط، دانشگاه علوم پزشکی کرمان، کرمان، ایران- گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی کرمان، کرمان، ایران
چکیده: (310 مشاهده)
زمینه و هدف: با صنعتی شدن جوامع، مصرف سوخت‌های فسیلی افزایش یافته که برای حل معضلات ناشی از این مسائل، می‌توان از رویکرد «پسماند به انرژی» با استفاده از نوعی فرایند تولید سوخت به نام سلول‌های سوختی میکروبی بهره برد؛ لذا هدف از انجام این مطالعه، توصیف و بررسی استفاده از سلول‌های سوختی میکروبی جهت تولید بیوالکتریسیته از پسماندهای آلی بود.
مواد و روش ها: در جستجوی اولیه مقالات، جمعاً ٢١٤ مقاله از سال ٢٠٠٩ تا ٢٠٢٤ میلادی یافت شد که پس از حذف موارد تکراری، این تعداد به ١٠١ مقاله رسید. سپس در انتهای مرحله غربالگری، تعداد ٦٢ مقاله باقی ماند. برای دستیابی به مقالات مرتبط، متن کامل مقالات مورد بررسی قرار گرفت و در نهایت، ٢٩ مقاله باقی ماند که در مطالعه حاضر استفاده شد.
یافته ها: در سلول‌های سوختی میکروبی، پسماندها به عنوان بستر‌های آلی در نظر گرفته می‌شوند و میکروارگانیسم‌ها با اکسید کردن آن‌ها، درنهایت انرژی الکتریکی تولید می‌کنند بدون اینکه محصولات جانبی سمی تولید شود. معمولاً از بستر آلی استات بدلیل توان خروجی بالاتر در سلول‌های سوختی استفاده می‌شود. برای ارزیابی عملکرد سلول سوختی، الکترودها حائزاهمیت‌اند؛ زیرا جنس الکترود، بر انتقال الکترون و کارایی شیمیایی آن تأثیرگذار است.
نتیجه گیری: فناوری سلول سوختی میکروبی، با وجود مزایایی که در زمینه مدیریت پسماند و کاهش بار آلودگی هوا دارد، چالش‌هایی مانند هزینه نسبتاً بالای سرمایه‌گذاری و راندمان پایین هنگام بکارگیری آن در مقیاس بزرگ را نیز داشته که باعث شده تجاری‌سازی این سیستم به تعویق افتد. با این حال، نیاز است تا با بررسی و کنترل عوامل کاهش راندمان این فناوری در مقیاس‌های وسیع، حیطه کاربرد آن را گسترش داد تا بتوان هزینه‌های بالای سرمایه‌گذاری را توجیه کرد.
مواد و روش ها: در جستجوی اولیه مقالات، جمعاً ٢١٤ مقاله از سال ٢٠٠٩ تا ٢٠٢٤ میلادی یافت شد که پس از حذف موارد تکراری، این تعداد به ١٠١ مقاله رسید. سپس در انتهای مرحله غربالگری، تعداد ٦٢ مقاله باقی ماند. برای دستیابی به مقالات مرتبط، متن کامل مقالات مورد بررسی قرار گرفت و در نهایت، ٢٩ مقاله باقی ماند که در مطالعه حاضر استفاده شد.
یافته ها: در سلول‌های سوختی میکروبی، پسماندها به عنوان بستر‌های آلی در نظر گرفته می‌شوند و میکروارگانیسم‌ها با اکسید کردن آن‌ها، درنهایت انرژی الکتریکی تولید می‌کنند بدون اینکه محصولات جانبی سمی تولید شود. معمولاً از بستر آلی استات بدلیل توان خروجی بالاتر در سلول‌های سوختی استفاده می‌شود. برای ارزیابی عملکرد سلول سوختی، الکترودها حائزاهمیت‌اند؛ زیرا جنس الکترود، بر انتقال الکترون و کارایی شیمیایی آن تأثیرگذار است.
نتیجه گیری: فناوری سلول سوختی میکروبی، با وجود مزایایی که در زمینه مدیریت پسماند و کاهش بار آلودگی هوا دارد، چالش‌هایی مانند هزینه نسبتاً بالای سرمایه‌گذاری و راندمان پایین هنگام بکارگیری آن در مقیاس بزرگ را نیز داشته که باعث شده تجاری‌سازی این سیستم به تعویق افتد. با این حال، نیاز است تا با بررسی و کنترل عوامل کاهش راندمان این فناوری در مقیاس‌های وسیع، حیطه کاربرد آن را گسترش داد تا بتوان هزینه‌های بالای سرمایه‌گذاری را توجیه کرد.
فهرست منابع
1. Imanthi K, Madusanka D, Pathmalal M, Idroos F. Emerging trends of cyanobacteria-based microbial fuel cells as an alternative energy source. Development in Wastewater Treatment Research and Processes. 2023:99-119. [DOI:10.1016/B978-0-323-88505-8.00004-8]
2. Hoang AT, Nižetić S, Ng KH, Papadopoulos AM, Le AT, Kumar S, et al. Microbial fuel cells for bioelectricity production from waste as sustainable prospect of future energy sector. Chemosphere. 2022;287:132285. [DOI:10.1016/j.chemosphere.2021.132285]
3. Hasan MR, Anzar N, Sharma P, Malode SJ, Shetti NP, Narang J, et al. Converting biowaste into sustainable bioenergy through various processes. Bioresource Technology Reports. 2023:101542. [DOI:10.1016/j.biteb.2023.101542]
4. Daniel DK, Mankidy BD, Ambarish K, Manogari R. Construction and operation of a microbial fuel cell for electricity generation from wastewater. International Journal of Hydrogen Energy. 2009;34(17):7555-60. [DOI:10.1016/j.ijhydene.2009.06.012]
5. Nookwam K, Cheirsilp B, Maneechote W, Boonsawang P, Sukkasem C. Microbial fuel cells with Photosynthetic-Cathodic chamber in vertical cascade for integrated Bioelectricity, biodiesel feedstock production and wastewater treatment. Bioresource Technology. 2022;346:126559. [DOI:10.1016/j.biortech.2021.126559]
6. Verma M, Singh V, Mishra V. Optimization of banana peel waste based microbial fuel cells by machine learning. Biomass Conversion and Biorefinery. 2023;1:1-16.
7. Miran W, Nawaz M, Jang J, Lee DS. Conversion of orange peel waste biomass to bioelectricity using a mediator-less microbial fuel cell. Science of the Total Environment. 2016;547:197-205. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2016.01.004]
8. Elhenawy S, Khraisheh M, AlMomani F, Al-Ghouti M, Hassan MK. From waste to watts: Updates on key applications of microbial fuel cells in wastewater treatment and energy production. Sustainability. 2022;14(2):955. [DOI:10.3390/su14020955]
9. Enamala MK, Dixit R, Tangellapally A, Singh M, Dinakarrao SMP, Chavali M, et al. Photosynthetic microorganisms (Algae) mediated bioelectricity generation in microbial fuel cell: Concise review. Environmental Technology & Innovation. 2020;19:100959. [DOI:10.1016/j.eti.2020.100959]
10. Malav LC, Yadav KK, Gupta N, Kumar S, Sharma GK, Krishnan S, et al. A review on municipal solid waste as a renewable source for waste-to-energy project in India: Current practices, challenges, and future opportunities. Journal of Cleaner Production. 2020;277:123227. [DOI:10.1016/j.jclepro.2020.123227]
11. Pandit C, Thapa BS, Srivastava B, Mathuriya AS, Toor U-A, Pant M, et al. Integrating Human Waste with Microbial Fuel Cells to Elevate the Production of Bioelectricity. BioTech. 2022;11(3):36. [DOI:10.3390/biotech11030036]
12. Mbazima SJ, Masekameni MD, Mmereki D. Waste-to-energy in a developing country: The state of landfill gas to energy in the Republic of South Africa. Energy Exploration & Exploitation. 2022;40(4):1287-312. [DOI:10.1177/01445987221084376]
13. Ramya M, Kumar PS. A review on recent advancements in bioenergy production using microbial fuel cells. Chemosphere. 2022;288:132512. [DOI:10.1016/j.chemosphere.2021.132512]
14. Roy H, Rahman TU, Tasnim N, Arju J, Rafid MM, Islam MR, et al. Microbial Fuel Cell Construction Features and Application for Sustainable Wastewater Treatment. Membranes. 2023;13(5):490. [DOI:10.3390/membranes13050490]
15. Mohseni M, Akrami Sm. Electricity production in two-chamber microbial fuel cells using exoelectrogenic Shewanella sp. isolated from sediments of the Caspian Sea. Journal of molecular cell research. 2018;30(2):198-211
16. Fadzli FS, Bhawani SA, Adam Mohammad RE. Microbial fuel cell: recent developments in organic substrate use and bacterial electrode interaction. Journal of Chemistry. 2021;1:1-16. [DOI:10.1155/2021/4570388]
17. Aleid GM, Alshammari AS, Ahmad ARD, Hussain F, Oh S-E, Ahmad A, et al. Advancement in microbial fuel cells technology by using waste extract as an organic substrate to produce energy with metal removal. Processes. 2023;11(8):2434. [DOI:10.3390/pr11082434]
18. Chaturvedi V, Verma P. Microbial fuel cell: a green approach for the utilization of waste for the generation of bioelectricity. Bioresources and Bioprocessing. 2016;3:1-14. [DOI:10.1186/s40643-016-0116-6]
19. Dwivedi KA, Huang S-J, Wang C-T, Kumar S. Fundamental understanding of microbial fuel cell technology: Recent development and challenges. Chemosphere. 2022;288:132446. [DOI:10.1016/j.chemosphere.2021.132446]
20. Naha A, Debroy R, Sharma D, Shah MP, Nath S. Microbial Fuel Cell: A State-of-the-Art and Revolutionizing Technology for efficient Energy Recovery. Cleaner and Circular Bioeconomy. 2023:100050. [DOI:10.1016/j.clcb.2023.100050]
21. Abbassi R, Yadav AK. Introduction to microbial fuel cells: challenges and opportunities. Integrated Microbial Fuel Cells for Wastewater Treatment. 2020;1:3-27. [DOI:10.1016/B978-0-12-817493-7.00001-1]
22. Trapero JR, Horcajada L, Linares JJ, Lobato J. Is microbial fuel cell technology ready? An economic answer towards industrial commercialization. Applied energy. 2017;185:698-707. [DOI:10.1016/j.apenergy.2016.10.109]
23. Munoz-Cupa C, Hu Y, Xu C, Bassi A. An overview of microbial fuel cell usage in wastewater treatment, resource recovery and energy production. Science of the Total Environment. 2021;754:142429. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2020.142429]
24. Yaqoob AA, Ibrahim MNM, Rodríguez-Couto S. Development and modification of materials to build cost-effective anodes for microbial fuel cells (MFCs): An overview. Biochemical Engineering Journal. 2020;164:107779. [DOI:10.1016/j.bej.2020.107779]
25. Chakraborty I, Das S, Dubey B, Ghangrekar M. Novel low cost proton exchange membrane made from sulphonated biochar for application in microbial fuel cells. Materials Chemistry and Physics. 2020;239:122025. [DOI:10.1016/j.matchemphys.2019.122025]
26. Obileke K, Onyeaka H, Meyer EL, Nwokolo N. Microbial fuel cells, a renewable energy technology for bio-electricity generation: A mini-review. Electrochemistry Communications. 2021;125:107003. [DOI:10.1016/j.elecom.2021.107003]
27. Do M, Ngo H, Guo W, Liu Y, Chang S, Nguyen D, et al. Challenges in the application of microbial fuel cells to wastewater treatment and energy production: a mini review. Science of the Total Environment. 2018;639:910-20. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2018.05.136]
28. Ahanchi M, Jafary T, Yeneneh AM, Rupani PF, Shafizadeh A, Shahbeik H, et al. Review on waste biomass valorization and power management systems for microbial fuel cell application. Journal of Cleaner Production. 2022:134994. [DOI:10.1016/j.jclepro.2022.134994]
29. S Mohsen P, Pourfayaz F, Shirmohamadi R, Moosavi S, Khalilpoor N. Potential, current status, and applications of renewable energy in energy sector of Iran: A review. Renewable Energy Research and Applications. 2021;2(1):25-49.
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
