Les piles à combustible microbiennes (MFC) sont un type de pile à combustible différent qui utilise des réactions chimiques pour générer un courant électrique avec le flux d’électrons dans un circuit. Il est similaire aux piles à combustible standard qui contiennent les mêmes composants tels que l'anode, la cathode et la membrane perméable. Les MFC étant des piles à combustible biologiques, nous pouvons nommer de façon arbitraire l’anode et la cathode la chambre anaérobie (désoxygénée) et aérobie (oxygénée), respectivement. La différence dans une pile à combustible biologique réside dans le fait qu'un microorganisme vivant est placé dans la chambre anaérobie qui subit une respiration anaérobie nécessitant un vide d'oxygène. Les électrons sont oxydés et transportés de la chambre anaérobie à la chambre aérobie. Les protons (H +) sont produits et échangés à travers la membrane perméable vers la chambre aérobie. Cela crée le gradient électrochimique qui permet la circulation du courant à travers les fils. Cette pile à combustible biologique est un projet scientifique peu coûteux qui peut être conçu pour les jeunes scientifiques.

Provisions:

Étape 1: Matériel nécessaire

· Vanille au yogourt grec Chobani

· Échantillon de sédiment

· Le glucose

· 2 contenants en plastique Tuba-Wear 1890 mL

· Pinces crocodiles

· Voltmètre

· Tissu de carbone

· Tuyau en PVC

· Chlorure de potassium

· Agar

· 16 fils de cuivre de calibre

· Pinces coupantes

· Pistolet à colle chaude

· 0,1 M de tampon phosphate Ph ~ 6,2

· Ruban électrique

· Eau désionisée ou eau du robinet

Ferricyanure de potassium

· Corde

Étape 2: Construction du MFC

Pont de sel

Commencez par couper 6,5 cm de PVC avec une scie à métaux. Dessinez un contour du diamètre du PVC sur les deux contenants en plastique, puis découpez à l'aide de cutters. Bien enrouler et sceller une extrémité du PVC avec une pellicule de plastique et du ruban adhésif pour éviter les fuites de la solution de gélose chaude lorsqu'elle est versée dans le tuyau en PVC. Pour faire un pont de sel, une solution d'agar doit être faite. Ajoutez d’abord 38,5 grammes de chlorure de potassium dans un erlen contenant 80 ml d’eau désionisée. Tournez ensuite le ballon et placez-le au micro-ondes pendant environ une minute. Sortez et tourbillonnez pour voir si tout le chlorure de potassium est dissous dans la solution (portez des gants isolés). Ajoutez de petites quantités d'eau (environ 5 ml) et continuez à chauffer à intervalles réguliers jusqu'à ce que tout le sel soit dissout. Immédiatement après la dissolution du sel, ajoutez 5 grammes d’agar à la solution et faites-la chauffer au micro-ondes pendant environ 30 secondes. Une fois que la solution d'agar est sortie du micro-ondes, faites-la tourner dans le tuyau en PVC jusqu'à ce qu'elle soit presque pleine de solution. Il faut environ 30 à 45 minutes pour que la solution se solidifie dans le tuyau en PVC. Une fois que la solution d'agar s'est solidifiée, elle peut être introduite dans les deux trous des récipients en plastique et scellée de manière sécurisée avec une colle chaude pour former un joint étanche à l'eau.

Chambre aérobie et anaérobie

Ajoutez ensuite les sédiments du ruisseau (500 ml) et le yogourt de Chobani (907 g) à l’intérieur de la chambre anaérobie et mélangez uniformément. Les sédiments de ruisseau et le yaourt agissent en tant qu’organismes capables de produire de l’électricité. Comme il s'agit d'une pile à combustible biologique, l'organisme a besoin de combustible pour survivre et de produire en permanence des électrons pour la production constante de courant; ainsi, 15,5 grammes de glucose sont utilisés dans cette expérience. Le tampon phosphate a été fabriqué à partir de ce site Web http: //cshprotocols.cshlp.org/. Dans la chambre aérobie, ajouter 0,1 M de tampon phosphate Ph ~ 6,2 (1500 ml) et environ 3,75 ml de ferricyanure de potassium au tampon phosphate.

Électrode et voltmètre

Ensuite, fabriquez l’électrode à l’aide de fils de cuivre de calibre 16, en dénudant les extrémités de chacun et en passant les brins individuels dans un tissu de carbone. Une fois que les électrodes sont faites, immergez-les dans les deux récipients en vous assurant qu'ils trempent. Les électrodes favorisent le transfert d'électrons de la chambre anaérobie à la chambre aérobie afin de produire du courant électrique. Ensuite, l’autre extrémité du fil de cuivre dénudé peut être fixée au voltmètre. La pince crocodile noire est fixée à l'électrode de la chambre anaérobie et le rouge à l'électrode de la chambre aérobie fixée au voltmètre.

Étape 3: Résultats

Les lectures de tension initiales au cours des 18 premières heures d’utilisation du MFC étaient comprises entre 0,118 et 0,196. La tension élevée de 0,196 V a été atteinte dans les 5 heures suivant le démarrage du MFC, puis a diminué et s'est stabilisée au cours des 13 heures suivantes, passant de 0,163V à 0,185V. Au cours des 15 heures qui ont suivi, la tension du MFC a considérablement augmenté, se situant entre 0,466V et 0,505V. Juste avant que les tensions soient prises pour le deuxième essai, environ 15,5 grammes de glucose ont été ajoutés à la chambre anaérobie et agités de manière uniforme dans les sédiments et le yogourt.

L'ajout de glucose a certainement contribué à augmenter la tension de sortie après la première collecte de données de tension. Pendant les 18 premières heures, la tension a constamment augmenté pendant les cinq premières heures pour atteindre la tension maximale de 0,196, puis a chuté et s'est stabilisée autour de 0,163V à 0,185V. L'ajout de 15,5 grammes de glucose contribue à faciliter la production d'électrons à partir des bactéries, de sorte qu'il puisse ensuite être transféré de la chambre anaérobie (anode) à la chambre aérobie. En termes de concentration, seul environ 1,1% du mélange échantillon contenait du glucose, ce qui est considérablement réduit comparé à la taille totale du mélange échantillon. Il est possible que si davantage de glucose était ajouté, le MFC produirait des tensions plus élevées.

Problèmes

Certains problèmes rencontrés lors de la production de MFC comprenaient le mouvement du pont de sel lorsque les échantillons étaient placés dans le conteneur. Un morceau de corde et du ruban isolant ont été placés à chaque extrémité du pont de sel pour l’empêcher de glisser hors du tuyau en PVC. Il y avait également une petite quantité de diffusion de la chambre anaérobie vers la chambre aérobie à travers le pont de sel. Cela aurait pu donner des résultats inexacts, car cela aurait entraîné un léger mélange des deux chambres.

Étape 4: Conclusion

La construction du MFC était un projet unique en ce sens que nous avions la volonté de le construire de la manière que nous pensions être la meilleure grâce à une recherche effectuée au préalable. Nous considérons que les microbes sont essentiels à la vie et nous les utilisons maintenant pour davantage de progrès technologiques. De toute évidence, le carburant microbien que j’ai produit n’était qu’en petite quantité en termes de taille et de production de tension, mais avec des recherches plus poussées, je pense que cette technologie peut être très efficace à l’avenir et contribuer à résoudre une partie de la crise énergétique mondiale.