Самодельные топливные и биохимические элементы

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

У мя конструкция была такая - цылиндер из пластика с дырками на образующей (размер цылиндера - кусок пластиковой трубы канализации около 50 мм диаметром и около 20 см длиной). Цылиндер обернут катионобменной мембраной (края приклеены к цылиндеру) и сверху сеткой из нержава.
Внутрь вставлен второй электрод - или свернутая сетка из нержава или угольный электрод от водофильтра или электрод от водофильтра обернутый нержав сеткой. Внутренности условно герметично закрыты и туда налиты микробы с едой. Наружняя сетка и мембрана смачиваются для контакта между наружней стороной мембраны и сеткой и растворения кислорода из атмосферы. Или все это вставляется в банку с водой, через которую пробулькивается воздух с кислородом компрессором. Но че-то это мало очень генерило.
Сейчас после покупки земли есть мысля цылиндер взять размером с пластиковую бочку на десятки литров. Но при этом падает соотношение площади мембраны и второго электрода к объему жижи с микробами. А какое должно быть оптимальное соотношение пока плохо знаю.

 

1, Противоречие "транспорт", Пока, для прототипов, вижу 2 варианта- питательную среду смешиваем с металлической стружкой, обязательно чтобы из вторчермета, т, к изначально ориентируемся на бросовый материал, стружка обязательно должна быть длинной витушкой, тогда в массе жижи с микробами они сцепятся одна с другой и будут как корни дерева, сосущие влагу, в этом случае, мне кажется, будет двойной взаимодополняющий эффект- большая эдс будет структурировать молекулы в массе("повинуясь инстинкту"), структурированная жижа будет веселее отдавать электроны, Короче, любая металлическая стружка- максимум площади при минимуме массы, если можно использовать аллюминий, то все еще шире- алюминиевая фольга, "дождик" с елки, если можно медь- нарезать лапши из обмотки старых двигателей и т, д и т, п, По окончании процесса жижу процеживаем, непрокорродировавшие остатки в новую жижу,
2, Противоречие "мембрана", Все еще проще, никаких нанотехнологий, Поскольку у нас есть хорошо разветвленное дерево и нам не надо ничего перемешивать, и поэтому жижу делаем в виде геля, а перфорацию на корпусе как можно мельче (ну, Н+ всяко проскочит), Гель может быть достаточно жидким, даже сиропом, чтоб не мешал ионам водорода выходить, главное, чтобы коэффициент поверхностного натяжения как воды снаружи, так и жижи изнутри не позволял им пройти через отверстия перфорации, Корпус обматываем марлей, конец которой погружаем в сосуд с водой, расположенный выше корпуса, Капиллярный подсос обеспечит ткань влагой и при этом не надо никаких мешалок и приводов, Все остальное как вы описали, Короче, водород мелкий, проскочит нормально,
3, Штаммы палочки брали эээ, из под себя?

Вроде хорошо придумал, особенно со стружкой? Кстати, она будет активно коррродировать в процессе?

 

2А, Противоречие "мембрана" решается вообще без применения мозга, Наливаем в ТАРЕЛКУ жижу с анодными "корнями", СВЕРХУ накрываем плотной тканью, конец которой опускам с сосуд с водой, стоящий чуть выше, сверху сетку катода, Тут тебе через капиллярный подсос и подача капель воды в реактор (регулируется положением сосуда с водой в вертикальной плоскости),
Составив батарею из стопки одноразовых тарелок, мы едва ли не уравняем стоимость корпуса и "реактора", По мере нарастания хода реакции парциальное давление водорода снизу и кислорода сверху будет просто огромным,


Если уж очень хочется сделать ультра - привязываем к центру мембраны нитку, другой конец которой, чуть натянув, привязываем к любому паразитному источнику вибраций, половице, дверному косяку и т, п и т, д, Мембрана будет колебаться, увеличивая интенсивность реакции, О таком даже западные мозги не мечтают,
Что не так в моей схеме?

 

Кишечная палка продается в аптеке - колибактерин.

По схемам мне пока плохо понятно почему в жиже протоны отказываются слипаться с электронами в атом и далее молекулу водорода.

Стружка это хорошо если где-то есть безплатный ее источник, бо нарезать прочный металл в стружку очень энергоемко.

У меня мысля для экспериментов с болотами и большими площадями - нажигать древесного угля и раскидывать по поверхности болота, а в этот слой уже редкую метал сетку для сбора тока.

Жижа с анаэробами должна быть очень хорошо изолирована от кислорода воздуха - иначе или анаэробы передохнут или отдадут кислороду электроны в обход электроцепи. В болотах и озерах это где-то на глубине больше метра получается.
Один из способов добычи диких микробов для экспериментов - в болото или ил озера суется сверху труба открытая на глубину больше метра, потом внизу закрывается и образец ила или болотной жижи с микробами в изолированом от атмосферы объеме применяется для сборки тестовой установки.

 

Спасибо, Как оцените мою схему? Что не так? Что использовать в качестве корма? Какая рабочая температура?

 

Корм - ну что граждане едят, то и кишечные палки в кишках доедают. Температура также примерно равная температуре кишек живого гражданина - т. е. на 16 градусов выше "комнатной".

Типовой универсальный корм микробов - мясной отвар (витаминно-белково-микроэлементная база) с добавкой глюкозы (собственно топливо-энергоноситель). Ну и еще желательно pH измеритель для подстройки pH показателя среды - вроде около 7 оптимально. Для определенной стабилизации pH во времени - делается какой-нить подходящий буфер - вроде обычно для многих подходит фосфатный.

 

Мужики респект! Развивайте тему, очень интересно, если можно фотки своих эксперементов выкладывайте.

Конкретно где я живу ветра последние годы очень слабые, климат поменялся, и кто знает может из-за того что все азовское побережье утыкали огромными ветряками.

 

Имхо в объем размером с тарелку накрытый тканью будет во все места поступать кислород из атмтсферы и все портить.

Типовые промышленные катионообменные мембраны всетаки газоплотные внешне.

Для корма в больших масштабах давно были мысли про гидролиз целлюлозы в колхозных условиях до глюкозы ну или более легкоусвояемых сахаров относительно целлюлозы. А если иметь много глюкозы - ее можно на много разного полезного скармливать - например дрожжам.

На изображении

Yeast это вообще дрожжи. А они и в продуктовых продаются. Т. е. намекают на то, что даже обычные хозбыт дрожжи могут жрать сахар и переводить его и на углекислый газ со спиртом и еще отдавать (часть) электронов медиатору для передачи на электрод. Хотя дрожжей разных штаммов много разных - может многие только дают спирт и газ . У меня с какими-то дрожжами из магазина и метиленовым голубым в качестве медиатора при воздушном катоде тоже мало что получилось. Некоторые штаммы дрожжей могут жрать только глюкозу, а типовые хозбыт кухонные - могут еще и сахарозу гидролизить до глюкозы и потом уже ее жрать. По слухам есть и умеющие гидролизить целлюлозу без особых давлений, температур и кислот. На фруктах и ягодах с глюкозой живут дикие дрожжи - может из них что-то получше электроны отгружать куда надо будет.

Пример топливного элемента с имхо обычными магазинными дрожжами - http://www.instructables.com/id/Lime-Jello-Yeast-and-Carbon-Paper-Fuel-Cell/ По слухам батарея из таких уже засвечивает светодиод.

Еще вот с подробными рецептами на дрожжах и с медиатором метиленовым голубым - http://www.scienceinschool.org/2010/issue14/fuelcell (там же и про типовой фосфатный буфер -
To make 0.1 M phosphate buffer, pH 7.0, dissolve 4.08 g Na2HPO4 and 3.29 g
NaH2PO4 in 500 ml distilled water.) При скромной площади 55х55 мм обещают до 50 мА тока при 0.5В, если это хх и кз, то получается 6 мВт из объема около 0.0002 м^3 - это где-то 36 Вт с кубометра, но зато круглосуточно без зависимости от погодных явлений. В обещаниях других проектировщиков - до 500 Вт с кубометра и больше.

 

ИМХО у меня на огороде стояла лето бочка с вонючкой, накрытая куском дырявого полиэтилена и тамошние бактерии, подкармливаемые травой, воняли мама не горюй и им было пофигу, что вверху минимум одна дыра с кулак (сделал, что дождевая вода стекала), Анаэробный процесс идет ниже ватерлинии на поверхности трава/вода и кислород убивает только те бактерии, которые всплывают выше ватерлинии благодаря неотделившимся пузырькам биогаза, Они умирают, давая черную пену в попытке защитится
Кстати, как это воздух из атмосферы попадет под плотную ткань, пропитанную водой? Попробуйте продуть мокрое вафельное полотно губами с расстояния хотя бы в сантим, А если и попадет кислород, то уже прошедший через катод (который для пущего эффекта в условиях нагнетания вибрацией можно накрыть мокрой тряпкой еще и сверху), получивший электрон и готовый к спариванию,
ИМХО эти балбесы даже не смотрят, что иловая система самой природой расположена правильно, эщелонировав систему вертикально, но там вода - вода, а у нас еще хлеще- вода-газ, размещать ее иначе, чем вертикально, просто идиотизм,
У них же везде на схемах вода и газ разделены вертикально, естественно надо отделять воду от воздуха, чтоб не сбежала, тут и нужны водонепроницаемые, но газопроницаемые мембраны, Впрочем, чуда там никакого нет- рассчитан коэффициент поверхностного натяжения при рабочем давлении и температуре, на основании него расчет диаметра каплеобразования и сделана перфорация диаметрами на порядок или два меньше, не важно, чем полученный диаметр капли,
По поводу корней анода- надо посмотреть в водородном ряду, какие металлы водород не вытесняет из растворов солей, т, е восстанавливает, Навскидку это железо и медь, Тогда эти металлы в реакциях принимать участия не будут, а будут физическими катализаторами и умирать будут как в обычных водных растворах


Что касается разложения целлюлозы, то эффективнее всего это делать:
- биологически- грибами
- термически- парокрекинг, но это нужен взрослый котел
- химически самым чистым, безопасным и дешевым будет едкий натр, но как вы заставите после него бактерии жить в такой среде, я не представляю, а все остальные химикалии типа серной кислоты и вспоминать неохота,
Еще 15лет назад писал курсовой проект в универе по переоборудованию ДНС (дожимная насосная станция) убитых нефтеместорождений в спиртзавод, Сырье - порубочные остатки и отходы дерево производства, Литр спирта тогда стоил 30коп по себестоимости, сейчас это 2-3рубля, золотое дно, Так вот, данных по бактериям тогда у меня было мало, но самые лучшие тогда давали выход спирта до 25% от массы сырья, Недавно слышал, что сейчас есть такие, котрые выдают 50% и более, Но в целом это для больших проектов, для дома само то -трава- есть везде, ресурсом никаким не значится и т, д и т, п, Высаживать наиболее сахаросодержащие цветы, их косить и сбраживать, Или брать фруктовые отходы на овощебазах,

 

Кислород - растворением и далее диффузией т. к. микробами он вроде как потребляется и там его меньше, чем со стороны атмосферы. В кубометре воды при 20 градусах растворяется 9 грамм кислорода.
Вот может какое масло налить сверху на жижу с микробами чтобы кислород меньше проходил, а протоны хорошо ?

Вечером зажелатинил 4 гр дрожжей с 7 гр сахара в 180 гр воды с 6 гр желатина. Угольной бумаги на электроды нету, поэтому внутрь желе засунул спираль из медной проволоки. Залито в пластиковую миску около 10 см диаметром. Пока поставил в холодильник застывать.
Теперь надо сверху прокладку из газеты и кислородно обдуваемый электрод. Возможно тоже плоская медная спираль в конверте из бумаги и промоченая раствором че-нить для улучшения проводимости (повареной соли ?). Если че-нить загенерит - можно будет проверить налитие слоя подсолнечного масла для улучшения изоляции желе с дрожжами от кислорода.

 

В документе https://aem.asm.org/content/70/9/5373.full.pdf есть имхо полезное про выращивание сообществ самомедиатирующих микробов и вариант технического объяснения почему выгоднее отдавать электрон электроду -

Microbial fuel cells enhance the growth of bacteria that can
use the electrode as an electron acceptor. In a microbial fuel
cell, bacteria have limited options for their
final electron acceptor.
They can either use the electrode or produce reduced
metabolites, such as methane or hydrogen gas. The potential of
the anode is the potential of the cathode minus all the potential
losses and overpotentials in between. This means that the
anode potential is generally greater than 0 mV compared to
the potential for a standard hydrogen electrode, as previously
reported (4). Thus, due to the larger difference in redox potential,
bacteria using the anode as an acceptor gain more
energy when they use the electrode as an electron acceptor
than when they use protons or CO2

Вообщем из всех вариантов отдачи электронов - отдавать на анод максимально энергетически выгоднее, чем протону для формирования водорода или углекислому газу.

 

Если можно фоткай пожалуйста всё. И тут публикуй.

 

Фотать имхо надо что-то реально действующее. Вот может попробую отрыть 1 куб м яму и сделать аналог болота или компостной кучи, на дне один электрод (ну или пара разнотипных - нержав сетка и древесный уголь с стальной сеткой), сверху разные экспериментальные. Водой и так затопит бо у меня угв около -30 см от поверхности. Микробы местные разные - с пылью и биомассой сами попадут. А дальше надо их выращивать и ждать эволюции месяцами и годами пока внизу останутся получающие максимальную выгоду от отдачи электронов на электроды.

А тесты в чашках это просто демонстрация.

Желе уже застыло прилично, сверху кинул плоскую медную спираль в 3 слоях туалетной бумаги и смочил водой. По началу эдс 60 мВ при токе кз около 5 мкА . При попытке досыпать сверху повареной соли для увеличения проводимости - элемент переполюсовался быстро. Пришлось соль смыть и досыпать чуть сахара. На ночь замкнул накоротко чтобы ток бегал и дрожжи учились отдавать электроны куда положено. Может к утру будет получше.

 

Чтобы увеличить сечение реакции, для катода я бы взял алюиминиевую фольгу пищевую, которую часто заперфорировать тонкой иглой, на нем обилие электронов, даже алюминий быстро не умрет, Тогда, учитывая непроницаемость металла весь кислород будет проходить через перфорацию и ионизироваться,
Андрей, да нихрена им не будет, они защищены со всех сторон водой, кислород в которой уже сьели, а новый не может добавиться, ибо кислород растворяетя в воде только барботажем- или искусственниым через барботер, или натуральным через волны,
Более того, для интенсификации процесса необходимо добиваться вибрации мембраны для лучшего газопроницания,
А все исследования в области нанопленок, на мой взгляд, от неправильной компоновки конструкции, Оставьте жидкость внизу и дайте водороду уходить вверх, а кислороду- опускаться вниз и все ок! Это ситуация из серии Задорнова, когда амеры разрабатывают ручки для условий невесомости и за кучу бабла все же делают, а наши как писали на орбите карандашём, так и пишут!


AndreyNS, вы настолько четко описали существующие противоречия, что мне ничего другог не оставалось, как найти решение! Вся сложность именно в том, чтобы определить, что же именно нужно,

 

Ептель! Фотоотчеты в тему скиньте интересно же , идеи в рисунках.
У вас идеи очень интересные.
Графики динамики.

Пожалуйста, мало того мы (общественность форума!) требуем!