Ανάπτυξη καινοτόμου διεργασίας κυψελίδας καυσίμου για την ενεργειακή αξιοποίηση υγρών αποβλήτων

Η μικροβιακή κυψελίδα καυσίμου (ΜΚΚ) είναι ένας βιοαντιδραστήρας ο οποίοςμετατρέπει απευθείας τη χημική ενέργεια ποικίλων υποστρωμάτων σε ηλεκτρικήενέργεια μέσω μικροβιακών καταλυτικών αντιδράσεων, σε αναερόβιες συνθήκες. Ηδιττή υπόστασή της τεχνολογίας να επεξεργάζεται λύματα με ταυτόχρονη παραγωγήηλεκτρικής ενέργειας, έχει κερδίσει τα τελευταία χρόνια το ενδιαφέρον τηςεπιστημονικής κοινότητας.Η παρούσα διδακτορική διατριβή προτείνει μια πρωτότυπη ΜΚΚ ενός θαλάμουιδιαίτερης αρχιτεκτονικής, η οποία συνδυάζει πληθώρα πλεονεκτημάτων. Ταπειράματα που διεξήχθησαν είχαν ως απώτερο στόχο τη βελτιστοποίηση τόσο τωνσχεδιαστικών όσο και των λειτουργικών παραμέτρων της κυψελίδας, η οποίαμελετήθηκε κάτω από το πρίσμα της εφαρμογής της σε μονάδες βιολογικούκαθαρισμού αστικών λυμάτων. Η λογική που εργάστηκα βασίστηκε στη λειτουργίατης συσκευής με πλήρη αντικατάσταση των ακριβών υλικών από φθηνότερα, ενώταυτόχρονα προσπάθησα σταδιακά να βελτιώσω την απόδοσή της, ακόμα και σελειτουργίες μακράς διαρκείας. Η καινοτόμος κυψελίδα λειτούργησε σε συνθήκεςδιαλείποντος και συνεχούς έργου.Παράλληλα, με τη λειτουργία της καινοτόμου διάταξης, μελετήθηκε η επίδρασηδιαφορετικών παραμέτρων στην απόδοση ΜΚΚ δύο θαλάμων (τύπου H). Η εμπειρίαπου αποκτήθηκε από την προκειμένη λειτουργία, καθώς και τα αποτελέσματα τωνπειραμάτων αυτών, είναι πρωταρχικής σημασίας, καθώς αποτέλεσαν τον οδηγό γιατην καινοτόμο κατασκευή και τη λειτουργία της ΜΚΚ ενός θαλάμου.Έτσι λοιπόν, στα πλαίσια της παρούσας έρευνας μελετήθηκαν τόσο συνθετικά(γλυκόζη, πεπτόνη από χωνευμένο με τρυψίνη κρέας και αραβοσιτέλαιο) όσο καιπραγματικά απόβλητα (ορρός τυρογάλακτος, αστικό λύμα). Ειδικότερα, μελετήθηκανοι παράμετροι της ιοντικής ισχύος, του pH, του είδους του αποδέκτη ηλεκτρονίων,της θερμοκρασίας, της αρχικής συγκέντρωση του υποστρώματος, του υδραυλικούχρόνου παραμονής (HRT), της επιφάνειας του ανοδικού ηλεκτροδίου αλλά και τηςποσότητας του καταλύτη της καθόδου. Επιπρόσθετα, προκειμένου να επιτευχθείπλήρης ηλεκτροχημικός χαρακτηρισμός των κυψελίδων, διεξήχθηκαν πειράματαΦασματοσκοπίας Ηλεκτροχημικής Εμπέδησης (Electrochemical ImpedanceSpectroscopy, EIS) ενώ παράλληλα ελήφθησαν ηλεκτρονικές μικρογραφίες τωνανοδικών ηλεκτροδίων με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM). Τέλος, στα πλαίσια αξιοποίησης των πειραματικών αποτελεσμάτων της παρούσαςδιατριβής το μαθηματικό μοντέλο των Zeng et al τροποποιήθηκε κατάλληλα ώστε νακαταστεί δυνατή η περιγραφή των αποτελεσμάτων της ΜΚΚ δύο θαλάμων.