Micro/nano technologies for achieving sustainable microbial electrochemical cell systems
Sürdürülebilir mikrobiyal elektrokimyasal hücre sistemlerine ulaşmak için mikro/nano teknolojiler
- Tez No: 987790
- Danışmanlar: PROF. DR. ARUM HAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Texas A&m Unıversıty
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Mikrobiyal elektrokimyasal hücre sistemleri (MECS'ler) — mikrobiyal yakıt hücreleri (MFC'ler) ve mikrobiyal elektroliz hücreleri (MEC'ler) gibi — umut vadeden temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarıdır. MFC'ler, atık sudaki organik maddeyi elektriğe dönüştürmek için ekzoelektrojenik bakterileri kullanır; MEC'lerde ise elektrik uygulanarak organik maddeden biyogaz (hidrojen, metan) üretilir. Bu gelişmekte olan teknolojinin pratik uygulamaya taşınabilmesi için, malzeme maliyetini düşürürken performansının artırılması gerekmektedir. Bu nedenle, bu araştırmanın temel odakları; güç üretimini artırmak amacıyla nanomalzeme tabanlı anotların üretilmesi ve MECS'lerin gerçek zamanlı performansını analiz etmek için mikro cihazların geliştirilmesidir. Mikroorganizmalar ile anot arasındaki fiziksel ve elektrokimyasal etkileşimler performans açısından kritiktir. Karbon nanotüplerin (CNT'ler) farklı uzunluklarının, paketlenme yoğunluklarının ve yüzey koşullarının MFC güç çıktısını nasıl etkilediğine ilişkin sistematik çalışmalar, amorf karbon içermeyen uzun ve gevşek paketlenmiş CNT'lerin en yüksek güç üretim performansını sağladığını göstermiştir. Ayrıca, birbirine bağlı CNT'lerden oluşan üretilmiş 3B süngerlerin, ticari olarak temin edilebilen karbon keçe anoda kıyasla daha iyi performans sergilediği görülmüştür. Yapılandırma nedeniyle, makro ölçekli MFC'lerde biyofilm gelişiminin izlenmesi zordur. Bu yüzden, Shewanella oneidensis MR-1'in optik ve elektrokimyasal aktivitesini yerinde (in situ) gerçek zamanlı izlemek amacıyla, parmaklı (interdigitated) anoda sahip mikroakışkan laminer akışlı bir MFC üretilmiştir. Biyofilm gelişimi ile zaman içinde biyofilmin güç üretimi arasındaki ilişkiyi anlamak için güç yoğunluğu ve empedans ölçümleri yapılmıştır. MEC'lerde üretilen biyogazı analiz etmek için genellikle gaz kromatografisi gibi pahalı ve emek yoğun ekipmanlar kullanılmaktadır. Başka pahalı ekipmanlara ihtiyaç duymadan H₂ derişimini gerçek zamanlı ölçmek için ZnO nanotel tabanlı bir gaz sensörü üretilmiştir. MFC'lerin düşük güç ve düşük voltaj çıktısı, çoğu elektriksel uygulamayı beslemelerine izin vermez. Önerilen güç yönetim sistemleri (PMS'ler), MFC çıkış voltajını yükselterek ve zamanla oluşan güç/voltaj dalgalanmalarına rağmen gücü maksimum verimlilikle yöneterek bu sınırlamayı aşabilir. Genel olarak, MECS teknolojisinin sınırlamaları belirlenmiş ve bu sürdürülebilir yenilenebilir enerji kaynağının genel performansını artırmaya yönelik olası çözümler önerilmiştir.
Özet (Çeviri)
Microbial electrochemical cell systems (MECSs), such as microbial fuel cells (MFCs) and microbial electrolysis cells (MECs), are promising clean and renewable energy sources. MFCs employ exoelectrogenic bacteria to convert organic matter in wastewater into electricity, and biogas (hydrogen, methane) is generated from organic matter by applying electricity in MECs. This emerging technology requires better performance by decreasing the material cost to bring it into practical application. Therefore, the main focuses of this research are fabricating nanomaterial based anode to improve the power production and developing micro devices to analyze real-time performance of MECSs. Physical and electrochemical interactions between microbes and anode are critical to performance. Systematic studies on how different lengths, packing densities, and surface conditions of carbon nanotubes (CNTs) affect MFC power output revealed that long and loosely packed CNTs without any amorphous carbon show the highest power production performance. Furthermore, fabricated 3D sponges composed of interconnected CNTs showed better performance compared to commercially available carbon felt anode. Due to the configuration, monitoring of biofilm development is hard in macro-sized MFCs. Microfluidic laminar flow MFC with interdigitated anode was fabricated to monitor the real-time optical and electrochemical activity of Shewanella oneidensis MR-1 in situ. Power density and impedance were measured to understand the relation between biofilm development and power production of biofilm over time. Expensive and labor intensive equipment such as gas chromatography is commonly used to analyze the biogas produced in MECs. A ZnO nanowires based gas sensor was fabricated to measure H2 concentration in real-time without using any other expensive equipment. Low power and low voltage output of MFCs do not allow them to power most electrical applications. Proposed power management systems (PMSs) can overcome this limitation by boosting the MFC output voltage and managing the power for maximum efficiency, regardless of the power and voltage fluctuations from MFCs over time. Overall, the limitations of the MECSs technology have been identified and possible solutions have been proposed to improve the overall performance of this sustainable renewable energy source.
Benzer Tezler
- Sivas-Kangal yöresinde kırsal gelişme ve pazara açılma sürecindeki farklılaşmalar (bir örnek olay incelemesi)
Başlık çevirisi yok
FAHRİ ERCEM
Yüksek Lisans
Türkçe
1984
SosyolojiCumhuriyet ÜniversitesiSosyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. A. VAHAP SAĞ
- Mikro bilgisayarla güç kompanzasyonu
Başlık çevirisi yok
NAFİZ ÜNLÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolUludağ ÜniversitesiElektronik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGÜR TÜTÜNCÜOĞLU
- 1,3-difenil-4,5-bis(hidroksiimino)-imidazolidin ve Ni(II), Cu(II), Pd(II), UO2(VI) komplekslerinin sentezi
Başlık çevirisi yok
VEFA AHSEN
Doktora
Türkçe
1984
Kimya MühendisliğiUludağ ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZER BEKAROĞLU
- IgM, IgG ve lgA romatoid faktörlerin değişik artritli hasta gruplarında mikro-ELISA test yöntemiyle ölçülmesi
Başlık çevirisi yok
BAHRİYE KEŞ
- Çiğit ve ayçiçek yağlarının doğal antioksidan içerikleri ile bu yağların stabilitelerinin arttırılmaları üzerinde araştırmalar
Başlık çevirisi yok
ALİ KEMAL YALNIZ
Doktora
Türkçe
1985
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHİR ÇOLAKO¦LU