Πώς να φτιάξετε ένα μικροβιακό κύτταρο καυσίμου (MFC) χρησιμοποιώντας λάσπη: 7 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Η μικροβιακή κυψέλη καυσίμου MudWatt (που ονομάστηκε με αγάπη «Dirt Battery») είναι μια συσκευή που χρησιμοποιεί βακτήρια για να μετατρέψει την οργανική ύλη που βρίσκεται στη λάσπη σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό το Instructable θα σας βοηθήσει να φτιάξετε τη δική σας μικροβιακή κυψέλη καυσίμου χρησιμοποιώντας οποιοδήποτε επιστημονικό κιτ MudWatt

Για να φτιάξετε ένα MudWatt, θα χρειαστείτε:

• MudWatt Classic, MudWatt Science Fair Pack ή MudWatt Classroom Pack
• Λάσπη
• Οποιοδήποτε δοχείο (εάν χρησιμοποιείτε διαφορετικό σκάφος)

Πώς λειτουργεί το MudWatt: Το MudWatt είναι ένα διασκεδαστικό και εκπαιδευτικό κιτ επιστήμης που χρησιμοποιεί τους μικροοργανισμούς που βρίσκονται φυσικά στο έδαφος για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αν και αόρατα με γυμνό μάτι, αυτά τα μικρόβια, με σώματα το ένα δέκατο του πάχους μιας ανθρώπινης τρίχας, ζουν σχεδόν σε όλο το έδαφος και τα ιζήματα στον πλανήτη. Μεταξύ αυτών των διαφορετικών κοινοτήτων μικροβίων είναι συγκεκριμένα είδη που έχουν τη μοναδική ικανότητα να απελευθερώνουν ηλεκτρόνια έξω από το σώμα τους ως μέρος της διαδικασίας αναπνοής τους.

Το MudWatt αξιοποιεί αυτή την αξιοσημείωτη ικανότητα παρέχοντας σε αυτά τα μικρόβια με βάση τη λάσπη δύο αγώγιμους δίσκους γραφίτη, που ονομάζονται άνοδος και κάθοδος. Η άνοδος τοποθετείται μέσα στη λάσπη όπου μπορούν να αναπτυχθούν τα ηλεκτρογενή μικρόβια, ενώ η κάθοδος τοποθετείται στην κορυφή εκθέτοντάς την σε οξυγόνο στον αέρα (βλέπε διάγραμμα MudWatt παρακάτω).

Βήμα 1: Παρασκευή λάσπης

Φορέστε γάντια και βρείτε 3-4 χούφτες χώμα ή βάλτο-όσο πιο μυρωδάτο τόσο καλύτερα! Βεβαιωθείτε ότι το χώμα σας είναι κορεσμένο αλλά όχι σούπα προσθέτοντας ή ρίχνοντας νερό. Προαιρετικά: Προσθέστε επιπλέον θρεπτικά συστατικά στο χώμα σας, όπως συσκευασία MudWatt, τεμαχισμένα προϊόντα χαρτιού ή τρόφιμα από το ψυγείο σας.

Βασικές νότες: Αποφύγετε τη χρήση εδαφών με μικρές λευκές μπάλες (περλίτη) που αερίζουν το χώμα. Τα βακτήρια που τροφοδοτούν το MudWatt είναι αναερόβια που χρειάζονται ένα περιβάλλον χωρίς οξυγόνο για να χτίσουν υγιείς κοινότητες.

Βήμα 2: Κατασκευή ηλεκτροδίων

Λυγίστε και τα δύο καλώδια 90 ° όπου τελειώνει το πλαστικό περίβλημα. Ισιώστε το γυμνό άκρο του σύρματος. Το πράσινο σύρμα θα χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή της ανόδου και το πορτοκαλί σύρμα θα χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή της καθόδου. Τοποθετήστε το γυμνό άκρο του καλωδίου ανόδου (πράσινο) στο πλάι του λεπτού δίσκου τσόχας φορώντας τα παρεχόμενα γάντια. Προσπαθήστε να μην βγαίνει το καλώδιο από την τσόχα. Επαναλάβετε αυτό το βήμα με το καλώδιο καθόδου (πορτοκαλί) και τον παχύ δίσκο τσόχας.

Βήμα 3: Συναρμολόγηση

Συσκευάστε ένα ομοιόμορφο στρώμα λάσπης στον πάτο του δοχείου σας, τουλάχιστον 1 εκατοστό βάθος. Τοποθετήστε την άνοδο (πράσινη) που κατασκευάσατε στο Βήμα 3 πάνω από τη λάσπη, πιέζοντάς την σταθερά προς τα κάτω για να αποβάλλετε τις φυσαλίδες αέρα. Γεμίστε το δοχείο σας με περισσότερη λάσπη, τουλάχιστον 5 εκ. Βάθος, πιέζοντας σταθερά προς τα κάτω για να αποβάλλετε τις φυσαλίδες αέρα. Αφήστε τη λάσπη σας να ξεκουραστεί για λίγα λεπτά και αποστραγγίστε τυχόν περίσσεια υγρού. Τέλος, τοποθετήστε την κάθοδο (πορτοκαλί) απαλά πάνω από τη λάσπη. Μην καλύπτετε την κάθοδο με λάσπη.

Βήμα 4: Lidding (για κιτ MudWatt που συνοδεύουν σκάφη)

Εάν το κιτ σας συνοδεύεται από το σκάφος MudWatt:

Αφαιρέστε τα γάντια σας και συνδέστε το Hacker Board στην εσοχή στο καπάκι. Περάστε τα καλώδια του ηλεκτροδίου από το καπάκι. Αντιμετωπίζοντας την ημικυκλική εσοχή, η κάθοδος (πορτοκαλί) πρέπει να είναι στα αριστερά και η άνοδος (πράσινη) στα δεξιά. Τώρα πιέστε το καπάκι στο βάζο για να το ασφαλίσετε στη θέση του.

Βήμα 5: Κλείσιμο του κυκλώματος

1. Λυγίστε και συνδέστε το καλώδιο καθόδου (πορτοκαλί) στο ‘+’ και το καλώδιο ανόδου (πράσινο) στο ‘-’ στο Hacker Board.

2. Συνδέστε το μακρύ άκρο του μπλε πυκνωτή (10μF) στον πείρο 1 και το κοντό άκρο του στον πείρο 2. mayσως χρειαστεί να λυγίσετε τα καλώδια έτσι ώστε να ταιριάζουν άνετα.

3. Συνδέστε το μακρύ άκρο της λυχνίας LED στον πείρο 5 και το κοντό άκρο της στην ακίδα 6.

Αυτό είναι! Θα πρέπει να αρχίσετε να βλέπετε το LED να αναβοσβήνει μετά από μερικές ημέρες, μόλις το MudWatt σας αναπτύξει μια υγιή κοινότητα μικροβίων!

Τι κάνουν αυτά τα συστατικά;

Hacker Board: Το Hacker Board παίρνει τη χαμηλή τάση και το χαμηλό ρεύμα που προέρχεται από το MudWatt και μετατρέπεται σε σύντομες εκρήξεις υψηλότερης τάσης και υψηλότερου ρεύματος.

Πυκνωτής: Ο πυκνωτής είναι ένα μικρό συστατικό αποθήκευσης ενέργειας. Είναι σε θέση να συσσωρεύει ενέργεια καθώς η ισχύς προέρχεται από το MudWatt και στη συνέχεια να αποφορτίζει αυτήν την ενέργεια σε μια γρήγορη έκρηξη για να αναβοσβήνει το LED.

LED: Η δίοδος εκπομπής φωτός (LED) παίρνει τα ηλεκτρόνια που εκφορτίζονται από τον πυκνωτή και μετατρέπει την ενέργεια αυτών των ηλεκτρονίων σε ενέργεια φωτός.

Βήμα 6: Μέτρηση μικροβίων και έξοδος ισχύος

Κατεβάστε την εφαρμογή MudWatt Explorer στο App Store ή στο Google Play. Θα το χρησιμοποιήσετε για τη μέτρηση, την καταγραφή και την ανάλυση των δεδομένων MudWatt στα επόμενα βήματα!

Βήμα 1: Έτοιμοι, Στόχος … Μέτρηση!

Μόλις αναβοσβήνει το αναβοσβήσιμο του MudWatt, ανοίξτε την εφαρμογή MudWatt Explorer και επιλέξτε Μέτρηση από το κύριο μενού. Ευθυγραμμίστε το φλας στο στόχο της οθόνης σας και η εφαρμογή θα μετρήσει αυτόματα τη δύναμή σας και τον πληθυσμό σας από ηλεκτρικά βακτήρια!

Βήμα 2: Καταγραφή & ανάλυση πολλαπλών μετρήσεων

Καταγράψτε αρκετές μετρήσεις χρησιμοποιώντας το κουμπί Εγγραφή στην οθόνη Μέτρησης και μεταβείτε στην ενότητα Ανάλυση της εφαρμογής για να δείτε πώς λειτουργεί το MudWatt με την πάροδο του χρόνου!

Βήμα 3: Ανακαλύψτε έναν κρυμμένο κόσμο

Χρησιμοποιήστε τις αναγνώσεις σας για να ξεκλειδώσετε κεφάλαια από ένα διασκεδαστικό και εκπαιδευτικό κόμικ, ακολουθώντας το Shewy, το ηλεκτρικό μικρόβιο. Ανακαλύψτε τη μαγεία των μικροβίων καθώς ο Shewy εξερευνά αυτόν τον περίπλοκο, λασπώδη κόσμο.

Βήμα 7: Σημείωση κλεισίματος και πόροι DIY

Ευχαριστούμε πολύ όλους όσους σχολίασαν την ανάρτησή μας! Όταν η Instructables μας κάλεσε για πρώτη φορά να δημοσιεύσουμε για το MudWatt, δεν ήμασταν σίγουροι αν ήταν η σωστή εφαρμογή, δεδομένου ότι είναι πράγματι ένα προϊόν και ανησυχούσαμε ότι το Instructable μας θα καταλήξει να ακούγεται ως infomercial. Αλλά αποφασίσαμε να το κάνουμε επειδή το MudWatt έχει σχεδιαστεί για να είναι DIY MFC kit, τελικά. Ενώ φυσικά είμαστε ενθουσιασμένοι όταν οι άνθρωποι αγοράζουν τα προϊόντα μας, είμαστε επίσης πολύ ενθουσιασμένοι όταν εμπνέουμε τους ανθρώπους να επιδιώξουν τη δημιουργία και τον πειραματισμό τους. Πολλοί άνθρωποι έχουν ζητήσει περισσότερες πληροφορίες για τη δημιουργία του δικού τους MFC χρησιμοποιώντας εξαρτήματα εκτός ράφι. Αυτό είναι απολύτως εφικτό και έχουμε παράσχει πόρους για αυτό παρακάτω. Ωστόσο, διαπιστώσαμε ότι η δημιουργία ενός πραγματικού MFC με εξαρτήματα εκτός ράφι είναι πολύ ακριβότερη από την αγορά των εξαρτημάτων μας. Το MudWatt ξεκίνησε στην πραγματικότητα χρησιμοποιώντας εξαρτήματα εκτός ράφι, αλλά καταφέραμε να μειώσουμε την τιμή παραγγέλνοντας υλικά σε πολύ μεγάλες ποσότητες και επεξεργάζοντάς τα μόνοι μας.

Έχουμε δει αρκετές αναρτήσεις για DIY MFCs στο παρελθόν, αλλά έχουμε διαπιστώσει ότι αυτά τα έργα περιλαμβάνουν τη χρήση μεταλλικών πλεγμάτων, μεταλλικών πινέλων, χάλκινων συρμάτων και άλλων υλικών που διαβρώνονται σε σκληρά εδαφικά περιβάλλοντα. Η χρήση αυτών των διαβρωτικών υλικών σημαίνει ότι φτιάχνετε μια μπαταρία διάβρωσης αντί για MFC. Αυτή η διάβρωση συμβαίνει συχνά στη διασταύρωση μεταξύ του υλικού του ηλεκτροδίου και του σύρματος. Αυτός ο κόμβος μπορεί να σφραγιστεί με εποξικό, αλλά αυτό είναι πολύ δύσκολο να γίνει στην πράξη, ειδικά εάν χρησιμοποιείτε ηλεκτρόδια μεγάλης επιφάνειας ή πορώδη, τα οποία θα χρειαστείτε εάν θέλετε να παράγετε οποιαδήποτε σημαντική ισχύ. Το αστείο είναι ότι αυτή η διάβρωση θα παράγει πραγματικά κάποια σημαντική δύναμη, η οποία μπορεί πολύ εύκολα να γίνει λάθος ότι προέρχεται από μικροβιακή δραστηριότητα.

Για να φτιάξετε το δικό σας DIY MFC, εδώ είναι μερικά μέρη όπου μπορείτε να βρείτε μη διαβρωτικά υλικά:

Ηλεκτρόδια άνθρακα:

Titanium Wire:

Τσιπ αντλίας φόρτισης (για τροφοδοσία LED/ηλεκτρονικά): S-882Z24-M5T1G

Σας ενθαρρύνουμε να χρησιμοποιήσετε το MudWatt ως σημείο εκκίνησης για τη δική σας έρευνα και θα είμαστε ενθουσιασμένοι αν είστε σε θέση να δημιουργήσετε ένα πραγματικό MFC χρησιμοποιώντας υλικά εκτός ράφι σε φθηνότερη τιμή. Καλό πειραματισμό!