Παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος με το σύστημα φυτών – MFC: Επίδραση αναερόβιων συνθηκών υποστρώματος και περιορισμού φωσφόρου στις ριζικές εκκρίσεις φυτών Lycopersicon esculentum και Glyceria maxima.

Abstract

Σε αυτή την εργασία παρουσιάζεται ένα σύστημα μετατροπής της ηλιακής ενέργειας που δεσμεύουν τα φυτά με την φωτοσύνθεση, από χημική σε ηλεκτρική. Το MFC (Microbial Fuel Cell) είναι ένα βίο-ηλεκτροχημικό σύστημα όπου υγρά απόβλητα, φυτικά υπολείμματα ή οργανικές ενώσεις αποικοδομούνται από μικροοργανισμούς δίδοντας ενέργεια.. Όταν το σύστημα ΜFC συνδυάζεται με ζώντα φυτά η ενέργεια που παράγεται προέρχεται από τις εκκρίσεις των φυτών από το ριζικό τους σύστημα στο υπόστρωμα. Τα βακτήρια όταν χρησιμοποιούν τις ουσίες αυτές κατά το μεταβολισμό τους σε αναερόβιο περιβάλλον απελευθερώνουν ηλεκτρόνια και πρωτόνια δημιουργώντας φαινόμενα διαφοράς δυναμικού και ταυτόχρονα ροή ηλεκτρονίων που έχει ως συνέπεια την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Το σύστημα φυτών – MFC είναι μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο μέλλον σε υγροβιότοπους, και άγονα εδάφη χωρίς να ανταγωνίζεται την γεωργία ενώ η δυνατότητα παραγωγής ηλεκτρισμού φτάνει τα 21 GJ ha -1 year -1 Το ενδιαφέρον μας στην εργασία αυτή επικεντρώνεται στην εν δυνάμει αύξηση των εκκρίσεων των φυτών σε σάκχαρα και οργανικά οξέα. Σύμφωνα με προηγούμενες έρευνες ο περιορισμός θρεπτικών στοιχείων και ιδιαίτερα φωσφόρου και σιδήρου ωθεί τους φυτικούς οργανισμούς στην αύξηση του ρυθμού απελευθέρωσης ουσιών από τις ρίζες. Επιπλέον μελετάμε την δυνατότητα των φυτών να αντεπεξέλθουν στις αναερόβιες συνθήκες υποστρώματος που είναι απαραίτητες για τη σωστή λειτουργία ενός συστήματος MFC. Μελετήσαμε φυτά σε διάρκεια 6 εβδομάδων και ενώ δεν μπορέσαμε να εντοπίσουμε εκκρίσεις στα δείγματα μας παρόλα αυτά κατανοήσαμε πολλά γύρω από τον τρόπο που αντιδρούν τα φυτά στις απαραίτητες συνθήκες για τη σωστή λειτουργία ενός αποδοτικού συστήματος συνδυασμού Φυτών - MFC.

The world is threatened by climate changes in the environment and pollution such as the increase of global warmth and the CO2 emission from fossil fuel’s combustion respectively. Therefore we are in need of efficient and sustainable energy production. We need a source that will protect the environment and will ensure sufficient energy production. Systems used so far such as bio-ethanol and, bio-diesel still carry disadvantages. The competition for the use of fields for food, the additional waste of energy through the need of fertilizations, and the strategies of intensifying the production are not so “ecological” or “sufficient” so that they would be a constant solution in the energy problem of our world. The sun has been a candidate for a universal power source for centuries. The idea of advancing systems that make solar energy available or the use the energy that is stored in biomass is being constantly studied by the scientific society [Chow 2003]. Biomass has also been produced because of the sun since photosynthesis is the most primary way of absorbing sunlight energy in the plants in the form of carbohydrates. This form of energy is being used by the plants to grow, to survive under stressful conditions, and generally for their daily energy needs until achieving the possibility to reproduce, which constitutes the core of their survival as a species. Perhaps those options could be a solution for the future years to come. In this study a system is being presented that can convert the chemical energy that is stored by the plants in the form of carbohydrates, into electrical energy. The system is a combination of plants and microbial fuel cells that acts nondestructive for the plants and produces energy in situ.