محققان دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل به منظور ایجاد منابع تولید انرژی‌های پاک، اقدام به ساخت پیل‌های سوختی میکروبی کرده‌اند. الکترودهای این پیل‌ها از سلولزهای باکتریایی ساخته شده و جایگزینی ارزان قیمت برای الکترودهای متداول نظیر الکترودهای گرافیتی خواهند بود. این تحقیقات در حال حاضر در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده است.
ساخت پیل‌های سوختی ارزان قیمت با استفاده از سلولزهای باکتریایی
با توجه به کاهش روزافزون منابع سوخت‌های فسیلی و آلودگی ناشی از سوختن این منابع برگشت ناپذیر، تحقیقات در زمینه‌ی انرژی‌های نو و تجدیدپذیر، در اولویت پژوهش‌های بسیاری از دانشمندان قرار گرفته است. پیل‌های سوختی میکروبی به عنوان یک منبع انرژی تجدید پذیر نه تنها باعث آلودگی محیط زیست نمی‌شود؛ بلکه به طور مستقیم در جهت کاهش آلودگی نیز عمل می‌کند. به همین دلیل، به گزینه‌ی مناسبی برای اهداف تحقیقاتی و ارتقای آن‌ها به یک محصول صنعتی تبدیل شده‌اند.
به گفته‌ی دکتر مصطفی رحیم‌نژاد، عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، محققان این طرح نیز تلاش کرده‌اند با بهبود یکی از اجزای مهم پیل سوختی میکروبی، یعنی الکترود آن، در جهت بومی‌سازی فناوری ساخت آن به عنوان یک منبع تأمین انرژی دوستدار محیط زیست گام بردارند. الکترود ساخته شده نانوبیوکامپوزیتی متشکل از سلولز باکتریایی و پلیمرهای رساناست و جایگزینی مناسب برای الکترودهای گران قیمت رایج در پیل سوختی میکروبی خواهد بود.
نتایج حاکی از این است که الکترود ساخته شده می‌تواند بهبود چشمگیری در عملکرد پیل جهت تولید توان و جریان الکتریسیته ایجاد کند.
نتایج کار فوق برای صنایع الکترونیک و وسایل الکترونیکی کم مصرف نظیر حسگرها و صنایع باطری‌سازی نوین قابل استفاده خواهد بود. همچنین در بخش تصفیه‌ی پساب کارخانجات و فاضلاب‌های شهری جهت کاهش بار آلی آن‌ها و همچنین حذف فلزات سنگین و مواد خطرناک دیگر نیز کاربرد خواهد داشت.
رحیم‌نژاد در خصوص تفاوت شاخص این طرح با پژوهش‌های مشابه عنوان کرد: «اگرچه تحقیقات گسترده‌ای در سراسر دنیا در زمینه‌ی پیل‌های سوختی میکروبی به ویژه قسمت الکترود آن صورت گرفته است، اما می‌توان وجه تمایز این کار تحقیقاتی را با دیگر کارها در استفاده از سلولز باکتریایی به عنوان بستری برای ساخت یک نانوبیوکامپوزیت پلیمری رسانا و کاربرد آن به عنوان الکترود دانست.»
وی در ادامه افزود: «همانگونه که اشاره شد، یکی از اجزای مهم در پیل‌های سوختی میکروبی الکترودهای آند و کاتد هستند. الکترودهای رایج مورد استفاده در پیل سوختی میکروبی عموماً از جنس گرافیت، کربن پارچه‌ای و یا کربن کاغذی است که افزون بر قیمت تمام شده بالا و آلودگی‌های زیست محیطی نهان در فرآیند ساخت این جنس الکترودها، فناوری ساخت آن‌ها نیز تقریباً انحصاری است. این درحالی است که الکترود به کار رفته در این طرح ارزان بوده و بار آلودگی زیست محیطی کمتری تولید می‌کند. همچنین قابلیت بومی‌سازی نیز دارد.»
به گفته‌ی رحیم‌نژاد، سلولز باکتریایی، الیاف درهم تنیده نانومتری است که به وسیله‌ی میکروارگانیسم‌های خاصی تولید می‌شود. پوشش دهی این الیاف با پلیمر رسانای پلی آنیلین و تبدیل شدن آن‌ها به نانوالیاف رسانا، منجر به تولید یک الکترود مناسب با سطح فعال بالا برای پیل سوختی میکروبی شده است. نانوالیاف رسانای ساخته شده همچنین قدرت کاتالیزوری بالایی در واکنش‌های اصلی در پیل از خود نشان داده‌است.
آزمون‌های FE-SEM، FT-IR و XRD موفقیت آمیز بودن این الکترود را تأیید نمودنداند. همچنین از آزمون‌های ولتامتری چرخه ای(CV)، امپدانس الکتروشیمیایی(EIS)، آزمون توان و پلاریزاسیون به منظور تعیین بهبود عملکرد الکترود و پیل سوختی میکروبی بهره گرفته شده است.
به گفته‌ی دکتر مصطفی رحیم‌نژاد، عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، محققان این طرح نیز تلاش کرده‌اند با بهبود یکی از اجزای مهم پیل سوختی میکروبی، یعنی الکترود آن، در جهت بومی‌سازی فناوری ساخت آن به عنوان یک منبع تأمین انرژی دوستدار محیط زیست گام بردارند. الکترود ساخته شده نانوبیوکامپوزیتی متشکل از سلولز باکتریایی و پلیمرهای رساناست و جایگزینی مناسب برای الکترودهای گران قیمت رایج در پیل سوختی میکروبی خواهد بود.
نتایج حاکی از این است که الکترود ساخته شده می‌تواند بهبود چشمگیری در عملکرد پیل جهت تولید توان و جریان الکتریسیته ایجاد کند.
نتایج کار فوق برای صنایع الکترونیک و وسایل الکترونیکی کم مصرف نظیر حسگرها و صنایع باطری‌سازی نوین قابل استفاده خواهد بود. همچنین در بخش تصفیه‌ی پساب کارخانجات و فاضلاب‌های شهری جهت کاهش بار آلی آن‌ها و همچنین حذف فلزات سنگین و مواد خطرناک دیگر نیز کاربرد خواهد داشت.
رحیم‌نژاد در خصوص تفاوت شاخص این طرح با پژوهش‌های مشابه عنوان کرد: «اگرچه تحقیقات گسترده‌ای در سراسر دنیا در زمینه‌ی پیل‌های سوختی میکروبی به ویژه قسمت الکترود آن صورت گرفته است، اما می‌توان وجه تمایز این کار تحقیقاتی را با دیگر کارها در استفاده از سلولز باکتریایی به عنوان بستری برای ساخت یک نانوبیوکامپوزیت پلیمری رسانا و کاربرد آن به عنوان الکترود دانست.»
وی در ادامه افزود: «همانگونه که اشاره شد، یکی از اجزای مهم در پیل‌های سوختی میکروبی الکترودهای آند و کاتد هستند. الکترودهای رایج مورد استفاده در پیل سوختی میکروبی عموماً از جنس گرافیت، کربن پارچه‌ای و یا کربن کاغذی است که افزون بر قیمت تمام شده بالا و آلودگی‌های زیست محیطی نهان در فرآیند ساخت این جنس الکترودها، فناوری ساخت آن‌ها نیز تقریباً انحصاری است. این درحالی است که الکترود به کار رفته در این طرح ارزان بوده و بار آلودگی زیست محیطی کمتری تولید می‌کند. همچنین قابلیت بومی‌سازی نیز دارد.»
به گفته‌ی رحیم‌نژاد، سلولز باکتریایی، الیاف درهم تنیده نانومتری است که به وسیله‌ی میکروارگانیسم‌های خاصی تولید می‌شود. پوشش دهی این الیاف با پلیمر رسانای پلی آنیلین و تبدیل شدن آن‌ها به نانوالیاف رسانا، منجر به تولید یک الکترود مناسب با سطح فعال بالا برای پیل سوختی میکروبی شده است. نانوالیاف رسانای ساخته شده همچنین قدرت کاتالیزوری بالایی در واکنش‌های اصلی در پیل از خود نشان داده‌است.
آزمون‌های FE-SEM، FT-IR و XRD موفقیت آمیز بودن این الکترود را تأیید نمودنداند. همچنین از آزمون‌های ولتامتری چرخه ای(CV)، امپدانس الکتروشیمیایی(EIS)، آزمون توان و پلاریزاسیون به منظور تعیین بهبود عملکرد الکترود و پیل سوختی میکروبی بهره گرفته شده است.
این محقق در پایان نحوه‌ی عملکرد پیل‌های سوختی در کاهش آلودگی‌ها را اینگونه توضیح داد: «در پیل‌های سوختی میکروبی، میکروارگانیسم‌ها نقش بیوکاتالیزورها را برعهده دارند. در این سیستم، منبع تغذیه میکروارگانیسم‌ها مواد زائد و دور ریختنی و آلوده کننده‌ی محیط زیست نظیر پساب کارخانجات است. لذا میکروارگانیسم‌ها هم زمان با تولید انرژی الکتریسیته، مواد آلاینده را نیز تصفیه می‌کنند.»
این تحقیقات از همکاری دکتر مصطفی رحیم‌نژاد، دکتر مهدی مشکور- عضو هیأت علمی دانشگاه علوم کشاورزی گرگان- و مهرداد مشکور- دانشجوی دکترای مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل- صورت گرفته است. نتایج این کار در مجله‌ی Journal of Power Sources با ضریب تأثیر ۶/۳۹۵ (جلد ۳۲۵، سال ۲۰۱۶، صفحات ۳۲۲ تا ۳۲۸) منتشر شده است.
این تحقیقات از همکاری دکتر مصطفی رحیم‌نژاد، دکتر مهدی مشکور- عضو هیأت علمی دانشگاه علوم کشاورزی گرگان- و مهرداد مشکور- دانشجوی دکترای مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل- صورت گرفته است. نتایج این کار در مجله‌ی Journal of Power Sources با ضریب تأثیر ۶/۳۹۵ (جلد ۳۲۵، سال ۲۰۱۶، صفحات ۳۲۲ تا ۳۲۸) منتشر شده است.
