Soil Microbial Fuel Cells (SMFCs)៖ ការរចនាថ្មីអាចផ្តល់អត្ថប្រយោជន៍ដល់បរិស្ថាន និងកសិករ 

ឥន្ធនៈអតិសុខុមប្រាណដី ក្រឡា (SMFCs) ប្រើប្រាស់បាក់តេរីដែលកើតឡើងដោយធម្មជាតិនៅក្នុងដីដើម្បីបង្កើតអគ្គិសនី។ ក្នុងនាមជាប្រភពវិមជ្ឈការរយៈពេលវែងនៃថាមពលកកើតឡើងវិញ SMFCs អាចត្រូវបានដាក់ឱ្យប្រើប្រាស់ជាអចិន្ត្រៃយ៍សម្រាប់ការត្រួតពិនិត្យពេលវេលាជាក់ស្តែងនៃលក្ខខណ្ឌបរិស្ថានផ្សេងៗ ហើយក៏អាចរួមចំណែកដល់ការរីកចម្រើននៃភាពជាក់លាក់ផងដែរ។ កសិកម្ម និងទីក្រុងឆ្លាតវៃ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ទោះបីជាមានអាយុកាលជាងមួយសតវត្សក៏ដោយ ការអនុវត្តជាក់ស្តែងនៃ SMFCs ស្ទើរតែមិនមានដោយសារតែភាពមិនស៊ីសង្វាក់គ្នានៃទិន្នផលថាមពល។ បច្ចុប្បន្ននេះមិនមាន SMFC ដែលអាចបង្កើតអគ្គិសនីបានជាប់លាប់នៅខាងក្រៅលក្ខខណ្ឌទឹកដែលមានសំណើមខ្ពស់នោះទេ។ នៅក្នុងការសិក្សាថ្មីៗនេះ អ្នកស្រាវជ្រាវបានបង្កើត និងប្រៀបធៀបកំណែរចនាផ្សេងៗគ្នា ហើយបានរកឃើញថា ការរចនាក្រឡាបញ្ឈរធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវដំណើរការ និងធ្វើឱ្យ SMFCs មានភាពធន់នឹងការផ្លាស់ប្តូរសំណើមដី។   

អតិសុខុមប្រាណ កោសិកាឥន្ធនៈ (MFCs) គឺ​ជា bioreactors ដែល​ផលិត​អគ្គិសនី​ដោយ​ការ​បំប្លែង​ថាមពល​នៅ​ក្នុង​ចំណង​គីមី​នៃ សរីរាង្គ សមាសធាតុចូលទៅក្នុងថាមពលអគ្គិសនីតាមរយៈ biocatalysis ដោយអតិសុខុមប្រាណ។ អេឡិចត្រុងដែលបានបញ្ចេញនៅក្នុងផ្នែក anode ដោយការកត់សុីបាក់តេរីនៃស្រទាប់ខាងក្រោមត្រូវបានផ្ទេរទៅ cathode ដែលជាកន្លែងដែលពួកគេរួមបញ្ចូលគ្នាជាមួយអ៊ីយ៉ុងអុកស៊ីសែននិងអ៊ីដ្រូសែន។  

ប្រតិកម្មជីវគីមីនៅក្រោមលក្ខខណ្ឌ aerobic ឧទាហរណ៍សម្រាប់ acetate ជាស្រទាប់ខាងក្រោមគឺ: 

ប្រតិកម្មពាក់កណ្តាលអុកស៊ីតកម្មនៅលើ anode 

CH₃ប្រធាននាយកប្រតិបត្តិប្រតិបត្តិការ^- + ៦ ហ₂O → CO₂ + HCO₃^- + ៦ ហ⁺ +8e^-  

កាត់បន្ថយប្រតិកម្មពាក់កណ្តាលនៅលើ cathode 

១៨៦០ ឱ ₂ + ៦ ហ ⁺ + ទី ២ ^-   → ២ ហ ₂ O 

នៅក្នុងបរិយាកាស anaerobic MFCs អាចប្រើកាកសំណល់ជីវសាស្រ្តជាស្រទាប់ខាងក្រោមដើម្បីផលិតអគ្គិសនី។ 

MFCs មានសក្តានុពលក្នុងការបម្រើជាដំណោះស្រាយចំពោះបញ្ហាបរិស្ថាននៃថាមពលប្រកបដោយនិរន្តរភាព។ ការ​ឡើង​កំ​ដៅ​ភព​ផែនដី និងការគ្រប់គ្រងកាកសំណល់ជីវសាស្រ្ត។ វា​មាន​ករណី​រឹង​សម្រាប់​ការ​អនុវត្ត​នៅ​ក្នុង​តំបន់​ដែល​ថ្ម​គីមី​ធម្មតា និង​បន្ទះ​ស្រូប​ពន្លឺ​ព្រះអាទិត្យ​ខ្វះ​ការ​រំពឹង​ទុក ដូចជា​នៅ​ក្នុង​ហេដ្ឋារចនាសម្ព័ន្ធ​បៃតង វាលស្មៅ ដីសើម ឬ​នៅ​ក្រោមដី។ នៅតំបន់ទាំងនេះ បន្ទះស្រូបពន្លឺព្រះអាទិត្យមិនដំណើរការនៅពេលយប់ទេ ហើយជាធម្មតាត្រូវបានគ្របដណ្ដប់ដោយភាពកខ្វក់ ឬបន្លែ ខណៈដែលធាតុផ្សំនៃសារធាតុគីមី។ ថ្ម ហូរចូលទៅក្នុងបរិស្ថាន។ ឥន្ធនៈអតិសុខុមប្រាណដី ក្រឡា (SMFCs) មកជាប្រភពថាមពលប្រកបដោយនិរន្តរភាពក្នុងវិស័យកសិកម្ម វាលស្មៅ ព្រៃឈើ និងដីសំណល់ ដើម្បីផ្តល់ថាមពលដល់ឧបករណ៍ថាមពលទាប។  

Soil Microbial Fuel Cells (SMFCs) ប្រើបាក់តេរីដែលកើតឡើងដោយធម្មជាតិនៅក្នុងដីដើម្បីបង្កើតអគ្គិសនី។ នៅក្រោមលក្ខខណ្ឌល្អប្រសើរបំផុត SMFCs អាចផលិតថាមពលរហូតដល់ 200 μW ជាមួយនឹងវ៉ុល 731 mV ។ ក្នុងនាមជាប្រភពវិមជ្ឈការរយៈពេលវែងនៃថាមពលកកើតឡើងវិញ SMFCs អាចត្រូវបានដាក់ឱ្យប្រើប្រាស់ជាអចិន្ត្រៃយ៍សម្រាប់ការត្រួតពិនិត្យពេលវេលាជាក់ស្តែងនៃលក្ខខណ្ឌបរិស្ថានផ្សេងៗ និងគោលការណ៍ណែនាំ។ ទាំងនេះក៏អាចរួមចំណែកដល់ការរីកលូតលាស់នៃទីក្រុងឆ្លាតវៃ និង កសិដ្ឋាន.  

ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ទោះបីជាមានអាយុកាលជាងមួយសតវត្សក៏ដោយ ការអនុវត្តជាក់ស្តែងនៃ SMFCs នៅកម្រិតដីមានកម្រិតខ្លាំងណាស់។ បច្ចុប្បន្ននេះមិនមាន SMFC ដែលអាចបង្កើតអគ្គិសនីបានជាប់លាប់នៅខាងក្រៅលក្ខខណ្ឌទឹកដែលមានសំណើមខ្ពស់នោះទេ។ ភាពមិនស៊ីសង្វាក់គ្នានៃទិន្នផលថាមពលគឺបណ្តាលមកពីភាពខុសគ្នានៃលក្ខខណ្ឌបរិស្ថាន សំណើមដី ប្រភេទនៃដី អតិសុខុមប្រាណដែលរស់នៅលើដី។ល។ ប៉ុន្តែការប្រែប្រួលនៃសំណើមដីមានផលប៉ះពាល់អតិបរមាទៅលើភាពស៊ីសង្វាក់នៃទិន្នផលថាមពល។ កោសិកាត្រូវរក្សាជាតិទឹកឱ្យបានគ្រប់គ្រាន់ និងមានអុកស៊ីហ្សែនសម្រាប់ទិន្នផលថាមពលជាប់លាប់ ដែលអាចជាបញ្ហាពិបាកនៅពេលកប់នៅក្រោមដីក្នុងភាពកខ្វក់ស្ងួត។   

ការរចនាក្រឡាបញ្ឈរធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវដំណើរការ និងធ្វើឱ្យ SMFCs មានភាពធន់នឹងការផ្លាស់ប្តូរសំណើមដី។  

ការសិក្សានាពេលថ្មីៗនេះ (ពាក់ព័ន្ធនឹងដំណើរការរចនាដដែលៗរយៈពេល 2 ឆ្នាំជាមួយនឹងទិន្នន័យដាក់ពង្រាយ SMFC រួមបញ្ចូលគ្នាប្រាំបួនខែ) បានសាកល្បងការរចនាក្រឡាជាប្រព័ន្ធដើម្បីទៅដល់គោលការណ៍ណែនាំទូទៅនៃការរចនា។ ក្រុមស្រាវជ្រាវបានបង្កើត និងប្រៀបធៀបកំណែបួនផ្សេងគ្នា រួមទាំងការរចនាបែបប្រពៃណី ដែលទាំង cathode និង anode គឺស្របគ្នាទៅវិញទៅមក។ ការរចនាបញ្ឈរ (កំណែទី 3៖ ការតំរង់ទិស anode ផ្ដេក & cathode orientation perpendicular) នៃកោសិកាឥន្ធនៈត្រូវបានរកឃើញថាជាដំណើរការល្អបំផុត។ វាដំណើរការបានយ៉ាងល្អនៅក្នុងជួរសំណើមនៃស្ថានភាពទឹកជំនន់ដល់ស្ថានភាពស្ងួតបន្តិច។  

នៅក្នុងការរចនាបញ្ឈរ anode (ធ្វើពីកាបូនដើម្បីចាប់យកអេឡិចត្រុងដែលបញ្ចេញដោយបាក់តេរី) ត្រូវបានកប់នៅក្នុងដីដែលមានសំណើមកាត់កែងទៅនឹងផ្ទៃដី ខណៈដែល cathode (ធ្វើពីលោហៈធាតុអសកម្ម) អង្គុយបញ្ឈរនៅលើ anode ផ្ដេកនៅដី។ កម្រិតដែលអុកស៊ីសែនអាចរកបានយ៉ាងងាយស្រួលសម្រាប់ការបញ្ចប់ប្រតិកម្មពាក់កណ្តាលកាត់បន្ថយ។  

ទិន្នផលថាមពលសម្រាប់ការរចនាគឺខ្ពស់ជាងយ៉ាងខ្លាំងក្នុងអំឡុងពេលដែលក្រឡាត្រូវបានជន់លិចដោយទឹក។ វាដំណើរការបានយ៉ាងល្អពីស្ថានភាពក្រោមទឹកទាំងស្រុងរហូតដល់ស្ងួតបន្តិច (41% ទឹកតាមបរិមាណ) ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយវានៅតែមានបរិមាណទឹកបរិមាណ (VWC) ខ្ពស់ 41% ដែលត្រូវការដើម្បីបន្តសកម្ម។  

ការសិក្សានេះដោះស្រាយសំណួរទាក់ទងនឹងទិដ្ឋភាពនៃការរចនានៃ SMFCs ឆ្ពោះទៅរកការកែលម្អភាពជាប់លាប់ និងភាពធន់នឹងការផ្លាស់ប្តូរសំណើម។ ចាប់តាំងពីអ្នកនិពន្ធបានចេញផ្សាយការរចនា ការបង្រៀន និងឧបករណ៍ក្លែងធ្វើទាំងអស់ដល់សាធារណៈជនដើម្បីប្រើប្រាស់ និងសាងសង់ដោយសង្ឃឹមថា នេះគួរតែបកប្រែទៅជាកម្មវិធីទូលំទូលាយនៅក្នុងវិស័យចម្រុះ ដូចជាក្នុងវិស័យកសិកម្មច្បាស់លាស់នាពេលខាងមុខ។  

*** 

ឯកសារយោង:  

1. Vishwanathan AS, 2021. កោសិកាឥន្ធនៈអតិសុខុមប្រាណ៖ ការពិនិត្យឡើងវិញដ៏ទូលំទូលាយសម្រាប់អ្នកចាប់ផ្តើមដំបូង។ ៣ ជីវបច្ចេកវិទ្យា។ ឧសភា 3; 2021(11): 5. បោះពុម្ពលើអ៊ីនធឺណិត ថ្ងៃទី 248 ឧសភា ឆ្នាំ 01។ DOI: https://doi.org/10.1007/s13205-021-02802-y 

2. ដប់ប៊ី។ et al 2024. Soil-Powered Computing: មគ្គុទ្ទេសក៍របស់វិស្វករចំពោះការរចនាកោសិកាឥន្ធនៈមីក្រូជីវរបស់ដីជាក់ស្តែង។ Published: 12 January 2024. ដំណើរការរបស់ ACM លើបច្ចេកវិទ្យាអន្តរកម្ម ទូរស័ព្ទចល័ត ពាក់បាន និងគ្រប់ទីកន្លែង។ លេខ ៧ លេខ ៤ មាត្រា៖ ១៩៦ ទំព័រ ១–៤០។ DOI៖ https://doi.org/10.1145/3631410 

3. សាកលវិទ្យាល័យ Northwestern ។ News- កោសិកាឥន្ធនៈដើរដោយថាមពលកខ្វក់ដំណើរការជារៀងរហូត។ Posted on 12 January 2024. Available at https://news.northwestern.edu/stories/2024/01/dirt-powered-fuel-cell-runs-forever/ 

***