Her geçen gün dünyamız enerjiye daha fazla ihtiyaç duymaktadır. Bulunduğumuz teknoloji döneminde sürdürülebilir enerji için birçok araştırma ve çalışma yapılmaya devam ediyor. İşte burada karşımıza bir Biyomühendislik alanı olan “Mikrobiyal Yakıt Hücreleri (MYH)” kavramı çıkıyor. MYH’yi kısaca, organik maddelerin sahip olduğu kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren sistem olarak açıklayabiliriz.
Elektrik enerjisi üretmek için mikroorganizmaları kullanma fikri ilk olarak 1911 yılında Michael C. Potter tarafından ortaya atılmıştır [1]. Daha sonra 1931 yılında Barnett Cohen her biri 10 mililitrelik bakteri bazlı hücreleri seri halde bağlayarak toplam 35 Volt ve 2 miliamper elektrik enerjisi üretmiştir [1].
MYH’nin Yapısı ve Çalışma Düzeneği
Mikrobiyal yakıt hücreleri başlıca, anot, katot ve proton değiştirici membrandan meydana gelen reaktörlerdir [2]. Şekil 1’de basit haliyle bir MYH düzeneği gösterilmiştir.
Şekil 1. Mikrobiyal yakıt hücresi reaktörü [2]
Anot Bölmesi: Bu bölmede mikroorganizmaların organik madde ile oksidasyonu sonucu karbondioksit (CO2), proton, elektron ve biyo-kütle açığa çıkar. Elektronlar anot elektrotunda toplanarak dışarıda bulunan dirençten geçerek katot elektrotuna geçiş yaparken aynı zamanda protonlarda membran aracılığıyla katot bölmesine geçer [3].
Katot Bölmesi: Anot bölmesinden gelen protonlar ve elektronlar burada bulunan oksijen (O2) ile birleşerek suya dönüşür. Güçlü bir elektron alıcı olan O2 sayesinde protonlar ve elektronlar anot bölmesinden katot bölmesine geçerken bir elektrik akımı oluşur [2]. Enerji üretilebilmesi için anot bölmesinin anaerobik olması gerekmektedir.
MYH Kullanım Alanları
Mikrobiyal yakıt hücrelerini elektrik üretimi, atık su temizleme, biyosensör, tıp ve biyomedikal alanlarında görebilmekteyiz. Tıp ve biyomedikal alanından bahsedecek olursak, mikrobiyal yakıt hücresi bir pH sensörüne güç sağlamak amacıyla tasarlanmıştır. MYH’nin sürekli kullanımı halinde 4 saate kadar dayandığı tespit edilmiştir [4]. Sağlık alanında kullanılmaları halinde pil görevi görebilen bu reaktörler uzun süreli enerji ihtiyacını karşılayabilecek ve pil değişimi için gereken ameliyatların önüne geçebilecektir. Bunun yanında mikrobiyal yakıt hücreleri son zamanlarda atık su temizleme alanında popüler hale gelmiştir. MYH, atık suların kalitesi, gerçek zamanlı izlenimleri, gerekli oksijen miktarı, uçucu yağ asitleri ve atık sudaki toksinleri tespit edebilmek amacıyla basit tasarımlı, tek kullanımlık ve ekonomik birer biyosensör olarak kullanılmaktadır.
Doğada bulunan bakterilerden taklit edilerek yapılan bu düzenek ile ilgili hala kesin bulgular saptanamamıştır. Kullanılan bakteri, ortam sıcaklığı, pH ve iyon gibi etkenler için en verimli çalışma aralığı bilinmemektedir. Kendi evimizde dahi küçük bir mikrobiyal yakıt hücresi oluşturabiliriz. Bunun için aşağıdaki linkten videoyu izleyebilir, basitçe bir MYH’nin yapısını daha iyi anlayabiliriz.
Video linki: https://www.youtube.com/watch?v=5iMw7-GIJFE
KAYNAKÇA
[1] Nurettin, Ç. E. K. MİKROBİYAL YAKIT HÜCRELERİNİN TEMEL KULLANIM ALANLARI. Fen ve Sosyal Bilimler Dergisi, 1(1), 1-7.
[2] Demir, Ö., & Gümüş, E. (2016). Mikrobiyal Yakıt Hücreleri ile Çamur Arıtımı ve Elektrik Üretimi. Sinop Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 1(2), 81-89.
[3] Çetinkaya, A. Y. (2013). Mikrobiyal yakıt hücresi teknolojisi ile sızıntı suyundan elektrik enerjisi üretimi.
[4] Mathuriya, A. S., & Yakhmi, J. V. (2016). Microbial fuel cells-Applications for generation of electrical power and beyond. Critical reviews in microbiology, 42(1), 127–143. https://doi.org/10.3109/1040841X.2014.905513