CS240940B1 - Acidobazická biobaterie využívající vodních rostlin - Google Patents

Abstract

Rašením je acidobazická biobaterie využívající vodních rostlin, s výhodou zelené sladkovodní řasy Hydrodictyon reticulatum. Biobaterii tvoří skleněná nádobka, v jejíž jedné části je jako elektrolyt osvětlená suspenze řas, které alkalyzují svě prostředí, a v její druhé části je rybniční voda nebo kyselý pufr. Elektrody jsou z materiálu citlivého na pil, s výhodou z antimonu, teluru, slitiny olova a cínu pokryté vrstvou oxidu manganičitého, přičemž přepážku tvoří celulózová membrána, nebo elektrody jsou argentchlorldovó nebo uhlíkové, přičemž přepážku tvoří na pH citlivý materiál, s výhodou antimon, telur, nebo slitina olova a cínu pokrytá vrstvou oxidu manganičitého. Jedná se o nový způsob přeměny sluneční energie na elektrickou, při kterém se využívá schopnosti některých řas a případně i vyšších rostlin výrazně měnit pil svého okolí a rozdíl pl! mezi dvěma prostředími slouží jako zdroj volné energie pro biobaterii.

Description

Vynález se týká acidobazické biobaterie využívájící vodních rostlin.

□edná se o nový způsob přeměny sluneční energie na elektrickou, při kterém se využívá schopnosti některých řas a případně i vyěěich rotlin výrazně měnit pH svého okolí při osvětlení slunečním světlem nebo jiným zdrojem světla} rozdíl pH mezi dvěma prostředími pak slouží jako zdroj volné energie pro biobaterii. Elektrická energie je přitom vedlejším produktem při nárůstu biomasy vodních rostlin.

Biobaterie doposud navrhované, kde bioanodu nebo i biokatodu vytvářejí mikroorganismy (např. bakterie Rhodospirillum rubrum, Próteus vulgaris, Micrococcus cerificans, Escherichia coli, Alcaligenes eutrophus a různé sinice) nebo řasy (Chlorella) jsou redukčně oxidačního typu (Oisalvo E.A., Viděla K.A.: Biotechnol. Bioeng. 23, 1159-1164, 1981} Benneto H.P., Stirling O.L., Tanaka K., Vega C.A.: Biotechnol. Bioeng. 25, 559-568, 1983} Oelaney

G.M., Roller S.O., Bennetto H.P., Mason J.R., Stirling □·!_., Thurston C.F.: v Charge and Field Effects in Biosystems, eds. Allen M.O. a Usherwood P.N.R., England, 1984, v tisku; Tanaka K., Bennetto H.P.: tamtéž). Jedná se zde o anodickou oxidaci nebo katodickou redukci přidaného organického substrátu za účasti bioelektrochemických přeměn způsobených živým organismem. Vlastní elektrodové děje probíhají na platinových elektrodách, substrátem je nejčastěji glukóza. Reakční mechanismy na elektrodách nebyly zatím zcela objasněny.

Při konstrukci biobaterii nebyl doposud využit princip acidobazický. Je však známo, že některé sitovité řasy (Hydrodictyon reticulatum) i řasy vláknité (Cladophora glomerata a Rhizoclonium hieroglyphicum) alkalizuji při ozáření slunečním světlem

- 2 240 940 své prostředí až nad pH 10. Na druhé straně například vyěěí vodní rostlina okřehek (Lemna gibba) působí mírné okyseleni svého prostředí (Novačky A·, Ullrich-Eberius C.I., Luttge U,: Planta 149. 321-326, 1980).

Acidobazická biobaterie podle vynálezu obsahuje skleněnou nádobku rozdělenou na dvě části s kladnou a zápornou elektrodou. Podstatou vynálezu je, že elektrolyt v jedné části nádobky tvoří osvětlená suspenze vodních rostlin, s výhodou řas, které alkalizuji své prostředí, a v druhé části nádobky je rybniční voda nebo kyselý pufr a elektrody jsou z materiálu citlivého na pH, s výhodou antimonu, teluru, slitiny olova a činu pokryté vrstvou oxidu manganičitého, přičemž přepážku tvoří celulózová membrána, nebo elektrody jsou argentchloridové nebo uhlíkové, přičemž přepážku tvoří na pH citlivý materiál, s výhodou antimon, telur, slitina olova a cínu pokrytá vrstvou oxidu manganičitého. □ako elektrolytu v jedné části nádobky se s výhodou použije suspenze zelené sladkovodní řasy Hydrodictyon reticulatum.

Výhodou acidobazického článku podle vynálezu je, že využívá růstu řas Hydrodictyon reticulatum v jejich přirozeném prostředí, zejména ve vodách naěich rybníků, a do média se nemusí přidávat žádný organický substrát. Tyto řasy se daji použit jako* biomasa v některých oborech zemědělství. Základní výhodou je ověem model využiti slttnečni energie k tvorbě energie elektrické.

Spojeni dvou prostředí o různém pH pomoci pH-senzitivnich elektrod a můstku (případná pH-selektivni membrány a dvou elektrod pro obvod proudu) je zdrojem elektromotorického napětí, v podstatě obecně známého jako princip pH-metrů.

Skláněné elektrody, dnes již výhradně užívané pro měření pH, jsou ověem pro svůj vysoký ohmický odpor zcela nepoužitelné pro odběr proudu. Neplatí to věak o dnes polozapomenutých elektrodách antimových, telurových případně o inertním kovu pokrytém oxidem manganičitým (viz. např. Tomíček 0·, Poupě F.:

Coll. Czechoslov. Chem. Comm. 8, 520, 1936i Vinogradovová O.N.: Metody stanoveni koncentrace vodíkových iontů. Přírodovědecké vydavatelství, Praha, 1953), jejichž odpor je podstatně nižěi.

240 940

Některé typy uspořádáni acidobazické biobaterie podle vynálezu jsou schematicky znázorněny na přiloženém výkresu, kde na obr. 1 je zobrazena acidobazické biobaterie podle vynálezu, která obsahuje v jedné části osvětlenou suspenzi řas Hydrodictyon reticulatum a v druhé části umělou rybniční vodu, přičemž obě elektrody jsou vyrobeny z antimonu a membrána oddělující kyselé a bazické prostředí je celulězová; na obr. 2 je podobná biobaterie jako na obr· 1 s tím rozdílem, že obě části odděluje přepážka s telurovou tyčinkou a s argentchloridovými elektrodami a na obr· 3 biobaterie podle vynálezu s průtokovým uspořádáním.

Na obr. i je znázorněna acidobazické biobaterie podle vynálezu sestávající ze skleněné nádobky JL rozdělené membránou 5 na dvě části, z nichž jedna Část 3 obsahuje osvětleaou suspenzi řas Hydrodictyon reticulatum v množství 300 mg v 10 ml umělé rybniční vody (lmM chloridu draselného KC1 , 0,1 mM chloridu sodného NaCl a 0,1 mM chloridu vápenatého CaCl^ ) s pH=9,5 až 10 a druhá část 4 obsahuje umělou rybniční vodu s pHe5,8.

Obě elektrody 2 (kladná i záporná) jsou vyrobeny z pH-selektivního prvky - antimonu. Membrána oddělující kyselé a alkalické médium je celulózová (Cuprofan).

Na obr. 2 je schematicky znázorněna acidobazické biobaterie podle vynálezu podobného provedení jako na obr. 1 s tím rozdílem že místo membrány 5 je k oddělení obou roztoků použita pevná pře pážka 7 se zabudovaným pH-selektivním prvkem 6 z teluru. Proud je odváděn argentchloridovými elektrodami 2, které lze snadno regenerovat občasnou výměnou polohy.

Elektromotorická síla článků byla v obou případech od 150 do 180 mV, proud při maximálním výkonu (vnější odpor blízký vnitřnimu) byl 4,5 až 5,5 * 10“ A.cm“ povrchu elektrody, maximál-7 —2 ni výkon biobaterii tedy byl 1.10 W.cm povrchu elektrody.

Vhodným uspořádáním pro stálý odběr proudu by byla kultivace řas Hydrodictyon reticulatum v protékající umělé rybniční vodě, tak aby byl zajištěn kostantní výkon pří zatížení. Tento typ acidobazické biobaterie podle vynálezu je schematicky znázorněn na obr. 3. článek je podobného provedeni jako na obr. 1 s tím rozdílem, že k alkalizací roztoku osvětlenou suspenzi řasy Hydrodictyon reticulatum dochází v jiné skleněné nádobce 8,

- 4 240 940 než je umístěna pH-selektivni elektroda 2. Spojeni mezi nádobkou 8 a částí s elektrodou 3. je provedeno pomoci uzavřené trubice 9. Rovněž část 3 je uzavřená vlkem 10, aby ee zamezilo styku zalkalizovaného roztoku sa vzdušným oxidem uhličitým, a tak neklesalo pH tohoto roztoku.

Předpokladem pro praktické využiti je zvýšeni jak napětí, tak i proudu navrhované biobaterie. Napětí lze zvyšovat sériovým uspořádáním jednotlivých biologických článků. Zvýšeni výkonu předpokládá taká sníženi vnitřního odporu. Při náhradě rybniční vody kyselým pufrem (roztok 50 ml 0,2 M chloridu draselného KC1 a 10,6 ml 0,2 M kyseliny chlorovodíkové HCl doplněný na 200 ml celkového objemu) odpor výrazně klesá a výkon článku je pak srovnatelný s výkonem současných biobaterií redoxniho typu nebo nebiologických slunečních článků.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1, Acidobazická biobaterie využívá jící vodních rostlin, obsahující skleněnou nádobku rozdělenou přepážkou na dvě části s kladnou a zápornou elektrodou a různými typy elektrolytů, vyznačená tím, že elektrolyt v jedné části (3) nádobky (1) tvoři osvětlená suspenze vodních rostlin, s výhodou řas, které alkalizuji své prostředí, a v druhé části (4) nádobky (1) je rybniční voda nebo kyselý pufr a elektrody (2) jsou z materiálu citlivého na pH, s výhodou z antimonu, teluru, slitiny olova a cínu pokryté vrstvou oxidu manganičitého » přičemž přepážku (5) tvoří celulozová membrána, nebo elektrody (2) jsou argentchloridové nebo uhlíkové, přičemž přepážku (5) tvoří na pH citlivý materiál, s výhodou antimon, telur, nebo slitina olova a činu pokrytá vrstvou oxidu manganičitého.
2. 2. Acidobazická biobateriefodle bodu 1, vyznačená tim, že vodni rostlinou je zelená sladkovodní řasa Hydrodictyon reticulatum.