微生物燃料電池というのは、
電子生産菌の代謝を利用します。
代謝とは生命活動を維持するために
行う生命活動のことです。
詳しい生物学的なことは
分かりませんが、
代謝の実態は酸化還元反応です。
底泥型微生物燃料電池の構造は
以下のようになります。
カソード極とアノード極では、
それぞれ以下の反応が起こります。
ここで注意したいのは、
各電極ともに不活性である点です。
ボルタ電池等のように、
電極自らが反応するわけではありません。
あくまで、電子の流れ道です。
ここでアノード極を見てみます。
アノード極は装置内の
底に設置する電極です。
アノード極には微生物が付着し、
そこで微生物が有機物を分解し、
電子を体内から放出します。
次にカソード極反応を見ます。
電子と酸素と水が反応して、
水酸化物イオンを発生させます。
気づきましたでしょうか・・・
水が必要なものの、
電子は酸素があれば
カソード極反応を起こします。
つまりアノード極側で、
電子が放出されて、
その周辺に酸素が存在すると、
アノード極側でカソード極反応も
起こってしまう可能性があります。
これでは微生物燃料電池の
発電能力が向上しません。
そこで、アノード極周辺を
嫌気性にすることを試みます。
嫌気性環境とは、
酸素が比較的ない環境のことです。
同じ装置を用いても、
嫌気性環境に方が、
より高い発電能力を示す
のではないでしょうか。
これを実験するにあたって、
微生物燃料電池の単に、
電極間の長さを変えれば
良いのではないかと考えました。
これ至った考えとして、
アノード極に到達する酸素の
侵入口を考えます。
容器の側面を通気するか
装置上面から侵入してくるか
この２択だと思います。
まず容器の通気性は
素材に依存します。
通気性の悪いガラス素材を
用いるのがふさわしいと思います。
しかし実験を行うにあたって、
プラスチック素材を使いました。
後で分かるかと思いますが、
入れ物として使えそうな
ガラス素材を入手できませんでした。
とはいったものの
プラスチックも通気性が悪いので、
良しとしました。
続いて、
装置上面からの酸素の
侵入についてです。
これはカソード極と
アノード極が離れていれば、
単純に酸素が通過しにくい
と考えたからです。
つまり電極間の幅です。
イメージを変えますと、
カソード極を設置した同じ地面から
どれだけ深くアノード極を設置するか。
深ければ深いほど、
酸素は薄くなるし、
地面に近いほど潤沢です。
ということで実験してみます。
カソード極とアノード極間が
左は6.5cmに対し、
右は19.5cmです。
約3倍の深さです。
その他の高さは、
画像にある通り2cmです。
この2つの底泥型微生物燃料電池を
ほとんど同時に作成し、
同じ環境に設置します。
そのときの
オープン電圧の推移を見ます。
測定結果を以下に示します。
横軸が時間で、縦軸が電圧です。
青色が電極間幅が大きいほうで、
橙色が小さいほうです。
偶然か必然かは分かりませんが、
電極間幅の比とオープン電圧の比が
一致しました。
ここから少なくとも、
嫌気性と発電能力には
関係があることが明らかです。
もう少し確かめる必要はありますが、
どうやら電極間が離れているほうが、
良さそうな感じがしますね。
あと、一体どれほど嫌気性だったか
分かる器具があれば、
良かったのですが・・・
あくまで参考程度になれば
嬉しく思います。
以上！
微生物燃料電池と嫌気性の調査でした。
微生物燃料電池に関する記事
他にも書きましたので良ければ、
参考にしてみて下さい。
微生物燃料電池を自作してみた
https://wireless-network.net/smfc-handmade/
最後まで読んでいただきありがとうございました。