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微生物燃料電池的核心技術

來源:環保設備     添加時間:2023-01-13 00:24:50

一、微生物燃料電池的核心技術

污物驅動的應用在于能夠顯著的移除廢棄的底物。目前,使用傳統的好氧處理時,氧化每千克碳水化合物就需要消耗1 kWh的能量。例如,生活污水的處理每立方米需要消耗0.5 kWh的能量,折算后在這一項上每人每年需要消耗的能源約為30 kWh。為了解決這一問題,需要開發一些技術,特別是針對高強度的廢水。在這一領域中常用的是Upflow Anaerobic Sludge Blanket反應器,它產生沼氣,特別是在處理濃縮的工業廢水時。UASB反應器通常以每立方米反應器每天10~20 kg化學需氧量的負荷速率處理高度可降解性的廢水,并且具有(帶有一個燃燒引擎作為轉換器)35%的總電力效率,意味著反應器功率輸出為0.5~1 kW/m3。它的效率主要決定于燃燒沼氣時損失的能量。未來如果發展了比現有的能更有效的氧化沼氣的化學染料電池的話,很可能能夠獲得更高的效率。

能夠轉化具有積極市場價值的某種定性底物的電池,譬如葡萄糖,將以具有高能量效率作為首要目標。雖然MFCs的功率密度與諸如甲醇驅動的FCs相比是相當低的,但是對于這項技術而言,以底物安全性為代表的多功能性是它的一個重要優勢。

全面的看,作為一種參考,以高速率的厭氧消化手段從生物量中重獲能量的資本支出約為安裝每百萬瓦生產量花費100萬瓦。后一數值也同樣適用于通過傳統的燃燒途徑、風力渦輪機以及化學染料電池等方法利用化石燃料產能。因此這一手段也處于競爭之地。何況目前,微生物燃料電池尚未達到這一水準的功率輸出。負荷速率為每天每立方米反應器0.1~10 kg的化學需氧量時,可以認為實際上能達到的功率輸出在0.01~1.25 kW/m3之間。然而,對于好氧的處理過程,觀察到的生長速率為消耗每克有機底物產生0.4克生物量生成,而對于厭氧發酵產生沼氣的過程這一速率理論上僅為0.077?;贛FC過程的本質,其產量應該介于這兩種代謝類型之間。觀察到的以葡萄糖飼喂的MFCs的生長速率在0.07~0.22之間。由于廢水處理設備中淤泥處理的花費多達每噸干物質500,這一數量的減少對于該過程的經濟平衡具有重要的提示意義。

有效的設計和操作能夠創造一種技術平臺,能夠在多種領域運用而不需要進行本質上的修改。除了經濟方面,MFCs已經展現了支柱性的核心技術的姿態。它們在低的和適中的溫度下能有效的產生能量并轉化一系列的電子供體,甚至即使電子供體僅以低濃度存在。在這些方面現在還沒有能夠與之相媲美的其他已知技術。

二、微生物燃料電池的性能參數

使用微生物燃料電池產生的功率大小依賴于生物和電化學這兩方面的過程。 在平均陽極表面的功率和平均MFC反應器容積單位的功率之間,存在著明顯的差異。表2提供了目前為止報道過的與MFCs相關的最重要的的結果。大部分的研究結果都以電極表面的mA/m以及mW/m2兩種形式表示功率輸出的值,是根據傳統的催化燃料電池的描述格式衍生而來的。其中后一種格式對于描述化學燃料電池而言可能已經是充分的,但是MFCs與化學燃料電池具有本質上的差異,因為它所使用的催化劑(細菌)具有特殊的條件要求,并且占據了反應器中特定的體積,因此減少了其中的自由空間和孔隙的大小。每一個研究都參照了以下參數的特定的組合:包括反應器容積、質子交換膜、電解液、有機負荷速率以及陽極表面。但僅從這一點出發要對這些數據作出橫向比較很困難。從技術的角度來看,以陽極倉內容積(液體)所產生的瓦特/立方米(Watts/m3)為單位的形式,作為反應器的性能比較的一個基準還是有幫助的。這一單位使我們能夠橫向比較所有測試過的反應器,而且不僅僅局限于已有的研究,還可以拓展到其它已知的生物轉化技術。

此外,在反應器的庫侖效率和能量效率之間也存在著顯著的差異。庫侖效率是基于底物實際傳遞的電子的總量與理論上底物應該傳遞的電子的總量之間的比值來計算。能量效率也是電子傳遞的能量的提示,并結合考慮了電壓和電流。如表2中所見,MFC中的電流和功率之間的關系并非總是明確的。需要強調的是在特定電勢的條件下電子的傳遞速率,以及操作參數,譬如電阻的調整。如果綜合考慮這些參數的問題的話,必須要確定是最大庫侖效率(如對于廢水處理)還是最大能量效率(如對于小型電池)才是最終目標。目前觀測到的電極表面功率輸出從mW/m2~w/m2都有分布。

美國賓夕法尼亞州立大學環境工程系教授Bruce Logan的研究組正在嘗試開發微生物燃料電池,可以把未經處理的污水轉變成干凈的水,同時發電。無論對發展中國家還是發達國家,這項“一舉兩得”的技術都相當誘人。更誘人的是,據美國國家自然科學基金會(NSF)網站消息,該項技術未來還可能實現海水淡化,成為“一舉三得”的技術。

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三、如果以后需要從事新能源行業那么大學應該學習什么專業?

1、新能源專業學風力機空氣動力學、傳熱學、材料力學、機械設計基礎、固體物理與半導體物理、電機學、電路理論、模擬電子技術、數字電子技術、自動控制原理、風力發電原理、光伏發電原理與應用、太陽能熱利用原理與應用。

2、新能源專業即開發利用或正在積極研究、有待推廣的能源,如太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能和核聚變能等在各個行業中的應用技術。

新能源專業主要學習:

新能源汽車構造、電工電子技術、汽車電控技術、電動汽車、動力電池與驅動電機、汽車新能源與節能技術、汽車檢測與故障診斷等。

培養具備良好的職業道德素質,掌握新能源汽車技術應用必備的基礎理論和專業知識,能從事新能源汽車的裝配與調試、性能檢測、維護和技術管理等工作的高素質技術。

1.長遠來看,前景光明。

重點發展和扶持的領域前景肯定差不了,太陽能、風能、核能、新材料……都是未來發展藍??臻g,傳統能源產業的困境和矛盾已然十分明顯,新能源產業的發展未來可期,人才需求量不可小覷。

2.短期來看,壓力較大。

適合新能源專業的就業崗位都偏于小眾,且存在專業細分,對人才要求也較高。實際上可供普通畢業生選擇的機會并不多。雖然新能源行業發展趨勢很好,但畢竟是新產業,規?;l展還是需要一定的時間來積累的?,F階段從個人就業角度來講,難度不小。這里主要表現在新能源是一個大概念,專業里存在諸多細分,而用人單位對人才需求的專業化對口程度要求很高,甚至學歷、經歷要求也不低,加之機會本身就不多,因此,短期來看,就業壓力還是挺大的。

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1)新能源汽車概論

掌握基礎的理論知識,了解新能源汽車的定義與分類;了解發展新能源汽車的重要意義。了解混合動力電動汽車的分類,并明確混合動力電動汽車的優缺點。了解純電動汽車的定義及優缺點。了解燃料電池的類型,了解燃料電池汽車的優缺點。理解天然氣汽車的基本概念;熟悉不同類型天然氣汽車的結構。了解電動汽車充電技術;了解電動汽車儀器儀表;了解天然氣汽車加氣流程。

(2)動力電池與能量管理技術

了解電動汽車的基本結構及相關知識有系統。了解電動汽車發展必然性和發展現狀的基礎上,各類電動汽車對動力電池的要求、動力電池的特性參數和專業術語、現有動力電池的不足。理解各種動力電池的組成、工作原理、類型及特點。掌握蓄電池的充電方法、蓄電池的測試及管理、燃料電池管理系統等。

(3)新能源汽車底盤構造與維修

了解新能源汽車底盤結構組成及工作原理;認識新能源汽車傳動系、轉向系、行駛系、制動系各系統的結構組成和工作原理,掌握新能源汽車底盤各系統的檢測方法以及常見故障診斷與排除方法等技能;具有對汽車發動機電控系統維護和檢修的基本技能,以及故障診斷與排除的能力。

(4)新能源汽車保養與維護

掌握新能源汽車保養與維護所必須具備的基礎理論和基礎知識。學完掌握新能源汽車保養與維護的基本原理;了解新能源汽車養護操作的工作原理;掌握新能源汽車保養工具與設備工作的基本原理和方法;具備在新能源汽車保養與維護過程中問題處理的能力。

1.新能源裝備運行與維護

本專業屬于機電設備類。主要面向生物質發電,風力發電,沼氣利用及垃圾發電,光伏電站建設和運營企業等職業群,培養具備從事風力發電,生物質發電,沼氣利用及垃圾發電,光伏電站設備運行和維護能力,以及環保部門從事廢水處理,環境檢測等方面工作的創新性、發展性的復合型技術技能人才。

2.新能源汽車制造與檢測

本專業屬于汽車制造類。主要面向新能源汽車整車制造及其售后服務、關鍵零部件制造、大型充電站運維企業,培養能勝任新能源汽車及關鍵零部件的裝配調試、使用維護、檢測維修,以及大型充電站運維等工作的高素質技能型人才。

3.新能源汽車運用與維修

本專業屬于道路運輸類。主要培養面向新能源汽車售后技術服務和管理企事業單位,在生產、服務一線能從事汽車維修、檢測、管理;車輛鑒定、評估、理賠;車輛事故查勘等工作的應用型高技能專門人才。

可以報考

新能源汽車技術,主要研究新能源汽車電工電子技術、新能源汽車底盤技術、驅動電機及控制技術等方面的基礎知識和技能,在新能源汽車技術領域進行新能源汽車結構、電子控制技術和充電運行及維護等

新能源汽車這個專業目前來說是比較新穎的專業。而且國家大力發展環保事業,新能源汽車技術也屬于其中之一。新能源汽車是國道家汽車能源發展的新方向,未來就業比較可以可觀。新能源主要學習汽車一整套檢測與維修技術,動力系統,源驅動系統,整車控制系統,新能源汽車故障診斷與維修、保養,汽車電子商務等等。只要喜歡動手,技術都是可以學會的,在廣州萬通汽車學校就可以學習

 


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