บรรดาสิ่งที่เคลื่อนไหวไปตามวิถีเมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์คืออิเล็กตรอน ซึ่งกระโดดจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่งในระหว่างปฏิกิริยาทางชีวเคมีต่างๆ เมื่อจุลินทรีย์เผาผลาญสารอินทรีย์ในสภาวะที่ใช้ออกซิเจน พวกมันมักจะฝากอิเล็กตรอนเหล่านี้ไว้บนออกซิเจน ซึ่งเป็นการแลกเปลี่ยนที่ให้พลังงานเคมีแก่จุลินทรีย์โดยการนำแบคทีเรียไปไว้ในเซลล์เชื้อเพลิงของจุลินทรีย์ภายใต้สภาวะที่ไม่ใช้ออกซิเจน นั่นคือไม่มีออกซิเจน นักวิจัย “กำลังขโมยพลังงานบางส่วนและเก็บเกี่ยวเป็นพลังงานไฟฟ้า” Lovley กล่าว
เซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์พื้นฐานมีสองห้อง
ห้องหนึ่งประกอบด้วยแอโนดและอีกห้องหนึ่งมีแคโทด จุลินทรีย์อาศัยอยู่ภายใต้สภาวะไร้อากาศบนขั้วบวก พวกมันย่อยสลายอาหาร เช่น กลูโคส อะซีเตต หรือสารประกอบอินทรีย์ในน้ำเสีย เมื่อขาดออกซิเจน จุลินทรีย์เหล่านี้จะถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังขั้วบวก การแลกเปลี่ยนนี้ให้พลังงานจำนวนเล็กน้อยแก่จุลินทรีย์เพื่อกระตุ้นการเจริญเติบโตของพวกมัน
สายเชื่อมต่อขั้วบวกกับขั้วลบ ห้องแคโทดเก็บออกซิเจนที่ละลายในน้ำ อิเล็กตรอนจะเดินทางไปยังออกซิเจน ทำให้เกิดกระแสขณะที่พวกมันเคลื่อนที่จากห้องหนึ่งไปอีกห้องหนึ่ง
นอกจากนี้ยังมีเมมเบรนแบบเลือกระหว่างสองห้องที่ช่วยให้โปรตอนซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์อื่นของปฏิกิริยาทางชีวเคมีของจุลินทรีย์สามารถเดินทางจากขั้วบวกไปยังขั้วลบได้ ในห้องแคโทด อิเล็กตรอนและโปรตอนรวมตัวกับออกซิเจนเพื่อสร้างน้ำ
เซลล์เชื้อเพลิงประเภทต่างๆ สามารถทำงานได้ในแม่น้ำหรือทะเลสาบ จุลินทรีย์ในท้องถิ่นตั้งรกรากที่ขั้วบวกที่ติดอยู่ในตะกอนที่ออกซิเจนต่ำ อิเล็กตรอนของพวกมันจะเคลื่อนที่ไปตามสายที่เชื่อมต่อกับแคโทดที่ลอยอยู่ในน้ำซึ่งมีออกซิเจนอยู่ (SN: 7/13/2002, p. 21:
มีให้สำหรับสมาชิกที่แรงดันไฟฟ้าจากก้นทะเล: จุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ใน Ooze สามารถให้พลังงานได้ อิเล็กทรอนิกส์ )
ในขณะที่ทำให้เกิดไฟฟ้า กิจกรรมของจุลินทรีย์ทั้งหมดนี้ยังไม่ได้แปลงเป็นพลังงานมากนัก อาจมีการปรับปรุงทั้งวัสดุและจุลินทรีย์
สำหรับขั้วบวก นักวิจัยหลายคนใช้คาร์บอนรูปแบบหนึ่งที่เรียกว่ากราไฟต์ ซึ่งทำหน้าที่นำอิเล็กตรอน แต่ “นั่นอาจไม่ใช่วัสดุที่ดีที่สุดในการมีปฏิสัมพันธ์กับโปรตีนอะไรก็ตามที่เป็นการถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังพื้นผิว [ขั้วบวก]” Lovley กล่าว
ที่แคโทด การถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังออกซิเจนทำได้ช้า นักวิจัยได้ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาและกระสวยอิเล็กตรอนหลายชนิดเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของแคโทด แต่มักจะมีราคาแพงหรือเป็นพิษ
จุลินทรีย์เองก็เป็นปัจจัยจำกัดอีกประการหนึ่ง แม้ว่าจุลินทรีย์บางชนิดเมื่อขาดออกซิเจน จะส่งต่ออิเล็กตรอนไปยังขั้วบวก Lovley กล่าว พวกมัน “ไม่เหมาะสำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้า พวกมันไม่มีแรงกดดันทางวิวัฒนาการให้ทำเช่นนี้”
เพื่อเร่งการถ่ายโอนอิเล็กตรอน กลุ่มของ Lovley กำลังศึกษาแบคทีเรียจากตระกูล Geobacteraceae ซึ่งเดิมค้นพบในตะกอนของแม่น้ำโปโตแมคในวอชิงตัน ดี.ซี. เมื่อจุลินทรีย์ทั่วไปเหล่านี้สลายสารอินทรีย์ พวกมันถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังออกไซด์ของเหล็ก ซึ่งทำให้พวกมันเชี่ยวชาญใน โดยใช้อิเล็กโทรดเป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้าย
เมื่อเปรียบเทียบการอาศัยของอิเล็กโทรดกับโคโลนีตามธรรมชาติของจีโอแบคทีเรียซีเอ กลุ่มของ Lovley ได้ระบุยีนที่มีบทบาทมากกว่าในอิเล็กโทรดที่อาศัย และดังนั้นจึงน่าจะมีความสำคัญต่อการถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังอิเล็กโทรด ในความพยายามที่จะเพิ่มการผลิตพลังงาน ทีมงานกำลังทำวิศวกรรมพันธุกรรม Geobacteraceae เพื่อผลิตโปรตีนที่ถ่ายโอนอิเล็กตรอนได้มากขึ้น
credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>> UFABET เว็บหลัก
