Electricity generation potential of sewage sludge in sediment microbial fuel cell using Ti–TiO₂ electrode

Abstract

The aim of this study is to increase the electricity generation capacity of sediment microbial fuel cell (SMFC) using sewage sludge as a substrate source in anode media via an attractive electrode material. For this purpose, several electrochemical and molecular techniques have been employed to evaluate the performance of SMFC. The max power density and charge transfer resistance of SMFC running on sewage sludge were 187 mW/m2 and 84.7 Ω, respectively. The polymerase chain reaction‐denaturing gradient gel electrophoresis (PCR‐DGGE) analysis indicated that bacteria in anode biofilm belonged to the Clostridia, d‐proteobacteria, g‐proteobacteria, and b‐proteobacteria. Scanning electron microscopy and fluorescence in situ hybridization observations demonstrated that a viable biofilm was formed on the anode surface and the abundance of bacteria was significantly higher than archaea. Consequently, this study showed that sewage sludge could be used as a substrate in the anode media of SMFC for producing high power density.

Sediment Mikrobiyal Yakıt Hücrelerinde Bakır ve Grafit Katot Elektrotların Kullanımı

“…Mikrobiyal yakıt hücrelerinin elektrokimyasal performanslarını belirlemek için ilk önce zamana göre değişen açık devre gerilimleri (OCV) tespit edilmelidir. Çünkü bir mikrobiyal yakıt hücresindeki en yüksek hücre voltajı, açık devre voltajı (OCV) olarak adlandırılır ve OCV dış direncin sonsuz olduğu açık bir devrede elde edilmektedir [1][2][3][4][5][6][7][8][9]. Sediment esaslı mikrobiyal yakıt hücreleri ile ilgili yapılan bu çalışmada, dijital multimetre kullanılarak ölçülen açık devre gerilimleri (OCV) Şekil 2'de verilmiştir.…”

“…Sediment esaslı mikrobiyal yakıt hücreleri ile ilgili yapılan bu çalışmada, dijital multimetre kullanılarak ölçülen açık devre gerilimleri (OCV) Şekil 2'de verilmiştir. 7 [7,8]. Bu çalışmadaki G-Cu MYH, en gelişmiş sediment esaslı mikrobiyal yakıt hücrelerinden biri olan titanyum-titanyum dioksit elektrotlara sahip sediment mikrobiyal yakıt hücresinden 2.43 kat daha yüksek elektriksel güç yoğunluğu sağlamıştır [8].…”

“…7 [7,8]. Bu çalışmadaki G-Cu MYH, en gelişmiş sediment esaslı mikrobiyal yakıt hücrelerinden biri olan titanyum-titanyum dioksit elektrotlara sahip sediment mikrobiyal yakıt hücresinden 2.43 kat daha yüksek elektriksel güç yoğunluğu sağlamıştır [8]. Daha önceki çalışmalarla kıyaslandığında, sediment mikrobiyal yakıt hücrelerinin elektriksel güç çıkışlarını arttırmak için grafit, titanyum, titanyum oksit gibi malzemeler kullanmak yerine bakır katot malzemesinin kullanılmasının daha doğru bir strateji olduğu apaçık ortaya çıkmıştır.…”

“…Son yıllarda büyük ilgi çeken mikrobiyal yakıt hücresi tiplerinden birisi de sediment esaslı mikrobiyal yakıt hücreleridir. Diğer mikrobiyal yakıt hücrelerinin aksine sediment esaslı mikrobiyal yakıt hücrelerinde proton değişim membranı kullanılmaması, maliyetin ve iç direncin azaltılması bakımından önemli bir fayda sağlamaktadır [7,8]. Lakin sediment esaslı mikrobiyal yakıt hücrelerinin düşük elektriksel güç üretimi onların kullanımını kısıtlayan ana unsurlardan biridir.…”

“…Lakin sediment esaslı mikrobiyal yakıt hücrelerinin düşük elektriksel güç üretimi onların kullanımını kısıtlayan ana unsurlardan biridir. Önceki çalışmalar incelendiğinde, sediment esaslı mikrobiyal yakıt hücrelerinin elektriksel güç çıkışlarını arttırmak için düşük iç dirence sahip, elektrokimyasal olarak etkin elektrot malzemeleri kullanılması gerektiği anlaşılmaktadır [7][8][9]. Metal yapılı malzemeler, karbon yapılı malzemelere göre daha düşük iç dirence, daha yüksek iletkenliğe ve daha yüksek elektrokimyasal potansiyele sahiptir [10].…”