Спосіб прямого отримання біоелектрики з грунту

Реферат: UA 98393 U UA 98393 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до альтернативної енергетики, отримання біоелектрики з ґрунту з рослинами чи без за допомогою електродів. Відомий спосіб прямого отримання електричної енергії з будь-якого електроліту [1] або з електрохімічної реакції [2], що полягає у введенні електроліту в паливну комірку у простір між анодом і катодом. Недоліком способу, вибраного як прототип, є те, що проведення електрохімічної реакції потребує спеціального обладнання, зокрема, паливної комірки, в якій і розміщена електродна пара та пристрою подачі електроліту. Використання для отримання електрики ґрунту, в якому розвиваються рослини та мікроорганізми, потребує незначних затрат, що є перевагою даної корисної моделі. Ґрунт в природних умовах із рослинним покривом чи без нього із електродами або контейнер в лабораторних умовах, куди одноразово вноситься ґрунт та електроди можуть тривалий час слугувати джерелом біоелектрики. Рослинний покрив в даному випадку забезпечує безперервне отримання енергії з ґрунту, оскільки кореневі виділення підтримують ріст ґрунтових бактерій та не допускають випаровування вологи, необхідної для розвитку мікроорганізмів, що генерують біоелектрику. Проблема високої вартості електродів є однією з основних недоліків всіх аналогів. В прототипі застосовані коштовні електроди з кремнію та нержавіючої сталі. Традиційно використовувані для реєстрації потенціалу ґрунту пари електродів: платиновий та хлор-срібний [3] також є досить коштовними. Як зазначає голландський дослідник Марджолайн Хелдер (М. Helder) [4, 5] використовувані її науковою групою електроди, зокрема, гранульований активований карбон, карбонова плівка є економічно невигідними. Тому пошук нових дешевих матеріалів, з яких можливе створення більш ефективної системи для збирання біоелектрики є надзвичайно актуальним. В основу корисної моделі поставлена задача здешевлення та збільшення кількості отримуваної енергії. Економічною та технічною задачею, яку розв'язує винахід є пропозиція нової ефективної та дешевої пари електродів: графітового катоду та оцинковано-стального аноду, які поміщаються в ґрунт, що є новизною цієї корисної моделі. Вони представляють можливість збільшення кількості відбору електрики ґрунту. Зареєстрований в різних зразках ґрунту біоелектричний потенціал є на рівні 0,9-1,9 В (табл. 1) [7, 8], в залежності від ступеню активності ґрунтових електрико-продукуючих мікроорганізмів, в той час як в прототипі 0,5 В. Принцип прямого отримання біоелектрики з ґрунту полягає у введені в ґрунт (1) пари електродів: катоду (2) та аноду (3), які з'єднані зовнішнім електричним ланцюгом, що містить споживач енергії (4) (креслення). Ґрунтові мікроорганізми в процесі метаболізму виділяють назовні протони й електрони. Електрони, вироблені бактеріями поступають у ґрунті на анод, а далі переносяться на катод, на який поступають протони, рух електронів створює електричний струм. Система електродів знімає постійний електричний струм. Включивши в зовнішній ланцюг адаптер можна перетворити його на змінний електричний струм. Розмістивши у ґрунті, в якому розвиваються рослини систему, що складається з дешевих та високо ефективних електродів можна збирати біоелектрику, що її продукують ґрунтові мікроорганізми під впливом рослин, що розвиваються в даному ґрунті. Запропонований спосіб прямого отримання електричної енергії з ґрунту є більш ефективним та дешевим від відомих аналогів. Джерела інформації: 1. Патент № 71983 України Спосіб прямого одержання електричної енергії з будь-якого електроліту / В.П. Кисельов та ін. МПК (2012.01) Н01М8/00; Н01М8/06 (2006.01); Н01М8/08 (2006.01). 2. Патент № 86811 України. Спосіб прямого одержання електричної енергії з електрохімічної реакції та пристрій для його реалізації / В.П. Кисельов та ін. МПК (2009) Н01М8/00; Н01М8/06. 3. Патент України № 50067. Спосіб потенціометричного вимірювання окисно-відновного потенціалу в грунті / Н.Ф. Чешко та ін… МПК (2009) G01N33/24 4. Helder M., Chen W., Harst E., Strik D. Electricity production with living plants on a green roof: environmental performance of the plant-microbial fuel cell / Biofuels, Bioprod. Bioref. - 2013. - № 7. P. 52-64. 5. Shentan Liu, Hailiang Song, Xianning Li, and Fei Yang. Power generation enhancement by utilizing plant photosynthate in microbial fuel cell coupled constructed wetland system / International Journal of Photoenergy. - 2013. - Article ID 172010 - Р. 1-10. 1 UA 98393 U 5 10 6. Helder M. Design criteria for the PlantMicrobial Fuel Cell: Electricity generation with living plants from lab to application / PhD thesis, Wageningen University, Wageningen, The Netherlands. - 2012. P. 148. 7. Rusyn I.B., Patlatyuk O.Y. Innovative approach to generate energy with Microbe-plant associations of urban soil in a park areas // EPPESEM 3-й міжнародний конгрес Захист навколишнього середовища. Енергоощадність. Збалансоване природокористування. Збірник матеріалів (17-19 вересня 2014 року, м. Львів). - Львів: ТзОВ "ЗУКЦ", 2014. – 175 с. (С. 74). 8. Rusyn І.В. Perspective using of bioelectricity of microbe-plant associations of urban soil // Proceedings of the International Scientific and Practical Conference "Modern scientific achievements and their practical application" Octuber 20-22, 2014, Dubai, UAE. - P. 91-94. Таблиця 1 Біоелектричний потенціал ґрунтових зразків Зразок ґрунту 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Біоелектричний потенціал, В 1,0990.008 1,2030.009 1,0970.005 1,1200.007 1,225+0.010 1,2200.009 1,2350.011 1,2450.012 1,3070.009 1,2190.013 1,9030.016 1,8750.009 1,3000.014 1,2570.008 1,2800.010 1,2450.006 1,3350.013 1,2330.009 0,9870.015 1,0110.008 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб прямого отримання електричної енергії, що полягає в зборі електронів та протонів, які виділяють ґрунтові мікроорганізми, який характеризується тим, що включає розміщення у ґрунті катоду та аноду, які з'єднані зовнішнім електричним ланцюгом, що містить споживач енергії, який відрізняється тим, що джерелом енергії виступає ґрунт, в якому розвиваються мікроорганізми, а катодом та анодом виступають: графітовий та оцинковано-стальний відповідно. 2 UA 98393 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3