ماذا تعرف عن خلايا الوقود الميكروبية؟!

 مصادر الطاقة التقليدية:
فى العقود الأخير ازداد استهلاك الطاقة ازديادًا كبيرًا. وتقسَّم مصادر الطاقة إلى ثلاثة أقسام: وقود أحفوري، ومصادر نووية (مثل البترول بمشتقاته)، ومصادر طاقة متجددة. وتعد المصادر النووية والأحفورية مصادر غير متجددة، وكان استهلاك الطاقة منهما هائلًا في الفترة الأخيرة.
ويؤثر الوقود الأحفوري تأثيرًا سلبيًا على الطبيعة، بسبب انبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون، ويقال: إن استهلاك الوقود الأحفوري يعرض حياة البشر للخطر بسبب آثاره المتفاقمة، مثل: الاحترار العالمي، والتلوث الجوي.
ولهذا بذلت الدول فى الآونة الأخيرة جهودًا حثيثة لحل مشكلة الطاقة، من خلال التركيز على مصادر طاقة متجددة، مثل: الطاقة الشمسية، والطاقة الناتجة من الرياح والمياه.

# خلايا الوقود مصدر بديل:
وكان أحد مصادر الطاقة البديلة المقترحة حديثًا هو خلية الوقود (FC) التي تولد الطاقة باستخدام محفّزات المعادن عالية القيمة (في النسخة التقليدية). وهذه الطريقه تتميز بمزايا وفيرة عن أنواع أخرى من مولدات الطاقة، مثل: عدم وجود انبعاثات للغازات الملوثة للبيئة (مثل: SOx و NOx و CO2 و CO)، وكفاءة أعلى، وعدم وجود أجزاء متحركة، ومن ثم عدم وجود تلوث صوتي. لكن التكلفة العالية أهم عيوب تلك الطريقة.

 خلايا الوقود الميكروبية: 
وتعد خلية الوقود ميكروبية (MFC) أحد أنوع خلايا الوقود (FC)، ويستخدم فيها كائن حيوي (بكتيريا) محفزًا حيويًا في حجرة الأنود اللاهوائية لإنتاج الطاقة.
طريقة العمل:

تعمل خلايا الوقود الميكروبية عن طريق السماح للبكتيريا بالقيام بتفاعلات الأكسدة والاختزال، مما يؤدي إلى أكسدة الجزيئات العضوية وتقليلها، حيث إن التنفس البكتيري هو في الأساس تفاعل أكسدة كبير يجري فيه تحريك الإلكترونات حولها. ومعلوم أنه كلما كان ثمة تحريك للإلكترونات وجدت إمكانية لتسخير حركة تلك الإلكترونات قوة كهربائية لأداء عمل مفيد.
تتكون خلية الوقود الحيوية من غرف الأنود والكاثود مفصولين بغشاء تبادل البروتونات، وتعمل الميكروبات في الأنود على أكسدة البروتونات المنتجة للوقود العضوي، والتي تمر عبر الغشاء إلى الكاثود، والإلكترونات التي تمر عبر الأنود إلى دائرة خارجية لتوليد تيار كهربي، حيث تقوم الفكرة الرئيسية هنا على جمع تلك الإلكترونيات التي تنتجها البكتيريا أثناء التنفس، واستخدامها في إنتاج التيار الكهربي.

 استخدامات خلايا الوقود الميكروبية:
أ- توليد الطاقة الحيوية: إذ يمكن استخدام عدد متنوع من المواد المتفاعلة مع البكتيريا لتحقيق إنتاج الطاقة الحيوية، على الرغم من أن مستويات الطاقة في كل هذه الأنظمة كانت منخفضة نسبيًا.
ويفضل استخدامها لتطبيقات الطاقة المستدامة على المدى الطويل، مع قضايا الصحة والسلامة، حيث تستخدم محفزًا ناجحًا للقلب لو كانت الخلايا الميكروبية يمكن أن تنقل 25mW من الطاقة، وأيضا يمكنها إمداد عشرة مصابيح LED وساعة رقمية واحدة بالطاقة، وقد شغّلت كل الأجهزة بنجاح لمدة يومين.
ب- إنتاج الهيدروجين الحيوي. 
ج- معالجة مياه الصرف الصحي: هناك أنواع مختلفة من مياه الصرف الصحي، مثل: النفايات الصحية، ومياه الصرف الصحي المعالجة، ومياه الصرف الصحي للخنازير وحطب الذرة، وهي تحتوي على الطاقة في شكل مواد عضوية قابلة للتحلل الحيوي، وبهذا يمكن معالجة المياه والحصول على الطاقة في الوقت نفسه.
د- المستشعرات الحيوية:
حيث يمكن استخدام تقنية MFC مستشعرًا لتحليل الملوثات، كما يمكن استخدامه جهازَ استشعار بيولوجي للأوكسجين _حيث يقيس كمية بيروكسيد الهيدروجين المنتج ونقص الأوكسجين_ أو استشعار الجلوكوز عن طريق الأنزيميات.

وعمومًا تواجه خلايا الوقود الميكروبية بعض المعوقات، إذ إن الطاقة التي تولدها الخلية ربما لا تكون كافية لتشغيل مستشعر أو جهاز إرسال باستمرار، وتلك هي المشكلة الرئيسية، لكن يمكن حلها بزيادة مساحة سطح الأقطاب، أو استخدام برنامج إدارة طاقة مناسب.
إحدى العقبات الأخرى هي عدم قدرتها على العمل في درجات الحرارة المنخفضة للغاية، بسبب بطء التفاعلات الميكروبية في درجات الحرارة المنخفضة.
وختامًا: تعد خلايا الوقود الميكروبية واحدة من أحدث التقنيات لإنتاج الطاقة من مصادر مختلفة، بسبب قدرتها على توليد الطاقة المستدامة من ركائز مختلفة، مثل: النفايات العضوية. لهذا كُثِّفت الأبحاث في هذا المجال في السنوات القليلة الماضية لأنها إحدى الطرق الواعدة في مجال إنتاج الطاقة.

المصدر