Eine mikrobielle Brennstoffzelle (MFC) mit Schlamm herstellen - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Die mikrobielle MudWatt-Brennstoffzelle (liebevoll "Dirt Battery" genannt) ist ein Gerät, das Bakterien verwendet, um die im Schlamm enthaltene organische Substanz in Strom umzuwandeln. Dieses Instructable führt Sie durch die Herstellung Ihrer eigenen mikrobiellen Brennstoffzelle mit jedem MudWatt Science Kit

Um ein MudWatt zu machen, benötigst du:

• MudWatt Classic, MudWatt Science Fair Pack oder MudWatt Classroom Pack
• Dreck
• Beliebiger Behälter (wenn Sie ein anderes Schiff verwenden)

So funktioniert das MudWatt: Das MudWatt ist ein unterhaltsames und lehrreiches Wissenschaftsset, das die im Boden natürlich vorkommenden Mikroorganismen zur Stromerzeugung verwendet. Obwohl für das bloße Auge unsichtbar, leben diese Mikroben mit Körpern von einem Zehntel der Dicke eines menschlichen Haares in praktisch allen Böden und Sedimenten auf dem Planeten. Unter diesen vielfältigen Gemeinschaften von Mikroben befinden sich bestimmte Arten, die die einzigartige Fähigkeit haben, als Teil ihres Atmungsprozesses Elektronen außerhalb ihres Körpers freizusetzen.

Das MudWatt macht sich diese bemerkenswerte Fähigkeit zunutze, indem es diese schlammbasierten Mikroben mit zwei leitfähigen Graphitscheiben ausstattet, die als Anode und Kathode bezeichnet werden. Die Anode wird im Schlamm platziert, wo die elektrogenen Mikroben wachsen können, während die Kathode darüber platziert wird, um sie dem Sauerstoff in der Luft auszusetzen (siehe MudWatt-Diagramm unten).

Schritt 1: Schlamm herstellen

Ziehen Sie Handschuhe an und finden Sie 3-4 Handvoll Erde oder Sumpfschmiere - je stinkender, desto besser! Stellen Sie sicher, dass Ihre Erde gesättigt, aber nicht suppig ist, indem Sie entweder Wasser hinzufügen oder abgießen. Optional: Fügen Sie Ihrem Boden zusätzliche Nährstoffe hinzu, z. B. MudWatt-Verpackungen, zerkleinerte Papierprodukte oder Lebensmittel aus Ihrem Kühlschrank.

Wichtige Hinweise: Vermeiden Sie die Verwendung von Böden mit kleinen weißen Kugeln (Perlit), die den Boden belüften. Die Bakterien, die das MudWatt antreiben, sind Anaerobier, die eine Umgebung ohne Sauerstoff benötigen, um gesunde Gemeinschaften aufzubauen.

Schritt 2: Elektroden herstellen

Biegen Sie beide Drähte dort um 90°, wo der Kunststoffmantel endet. Richten Sie das blanke Ende des Drahtes aus. Der grüne Draht wird verwendet, um die Anode herzustellen, und der orangefarbene Draht wird verwendet, um die Kathode herzustellen. Führen Sie das blanke Ende des Anodendrahts (grün) in die Seite der dünnen Filzscheibe ein, während Sie die mitgelieferten Handschuhe tragen. Versuchen Sie zu verhindern, dass der Draht aus dem Filz austritt. Wiederholen Sie diesen Schritt mit dem Kathodendraht (orange) und der dicken Filzscheibe.

Schritt 3: Zusammenbauen

Packen Sie eine gleichmäßige Schlammschicht in den Boden Ihres Behälters, mindestens 1 cm tief. Legen Sie die Anode (grün), die Sie in Schritt 3 konstruiert haben, auf den Schlamm und drücken Sie sie fest nach unten, um Luftblasen herauszudrücken. Füllen Sie Ihren Behälter mit mehr Schlamm, mindestens 5 cm tief, und drücken Sie ihn fest nach unten, um Luftblasen herauszudrücken. Lassen Sie Ihren Schlamm einige Minuten ruhen und lassen Sie überschüssige Flüssigkeit ab. Zum Schluss die Kathode (orange) vorsichtig auf den Schlamm legen. Bedecken Sie die Kathode nicht mit Schlamm.

Schritt 4: Deckel (für MudWatt-Kits, die mit Gefäßen geliefert werden)

Wenn Ihr Kit mit dem MudWatt-Schiff geliefert wurde:

Ziehen Sie Ihre Handschuhe aus und befestigen Sie das Hacker Board in der Vertiefung am Deckel. Führen Sie die Elektrodendrähte durch den Deckel. Gegenüber der halbkreisförmigen Vertiefung sollte sich die Kathode (orange) links und die Anode (grün) rechts befinden. Drücken Sie nun den Deckel auf das Glas, damit es einrastet.

Schritt 5: Schließen des Stromkreises

1. Biegen und verbinden Sie den Kathodendraht (orange) mit „+“und den Anodendraht (grün) mit „-“auf dem Hacker Board.

2. Verbinden Sie das lange Ende des blauen (10μF) Kondensators mit Pin 1 und das kurze Ende mit Pin 2. Möglicherweise müssen Sie die Drähte biegen, damit sie fest sitzen.

3. Verbinden Sie das lange Ende der LED mit Pin 5 und das kurze Ende mit Pin 6.

Das ist es! Sie sollten die LED nach ein paar Tagen blinken sehen, sobald Ihr MudWatt eine gesunde Gemeinschaft von Mikroben entwickelt hat!

Was machen diese Komponenten?

Hacker Board: Das Hacker Board nimmt die vom MudWatt kommende niedrige Spannung und den niedrigen Strom auf und wandelt in kurze Bursts mit höherer Spannung und höherem Strom um.

Kondensator: Der Kondensator ist eine kleine Energiespeicherkomponente. Es ist in der Lage, Energie aufzubauen, wenn Strom vom MudWatt zugeführt wird, und diese Energie dann in einem schnellen Stoß abzulassen, um die LED zu blinken.

LED: Die Leuchtdiode (LED) nimmt die vom Kondensator entladenen Elektronen auf und wandelt die Energie dieser Elektronen in Lichtenergie um.

Schritt 6: Mikroben und Leistungsabgabe messen

Laden Sie die MudWatt Explorer-App im App Store oder bei Google Play herunter. Sie werden es verwenden, um Ihre MudWatt-Daten in den nächsten Schritten zu messen, aufzuzeichnen und zu analysieren!

Schritt 1: Bereit, zielen … messen!

Sobald der Blinker Ihres MudWatt blinkt, öffnen Sie die MudWatt Explorer App und wählen Sie Messen aus dem Hauptmenü. Richten Sie den Blinker im Ziel auf Ihrem Bildschirm aus und die App misst automatisch Ihre Leistung und Ihre Population an elektrischen Bakterien!

Schritt 2: Mehrere Messungen aufzeichnen und analysieren

Zeichnen Sie mehrere Messungen auf, indem Sie die Schaltfläche „Aufzeichnen“auf dem Messbildschirm verwenden, und gehen Sie zum Abschnitt „Analysieren“der App, um zu sehen, wie Ihr MudWatt im Laufe der Zeit funktioniert!

Schritt 3: Entdecken Sie eine verborgene Welt

Nutze deine Power Readings, um Kapitel eines lustigen und lehrreichen Comics nach Shewy, der elektrischen Mikrobe, freizuschalten. Entdecken Sie die Magie der Mikroben, während Shewy diese komplexe, schlammige Welt erkundet.

Schritt 7: Eine Abschlussnotiz und DIY-Ressourcen

Vielen Dank an alle, die unseren Beitrag kommentiert haben! Als Instructables uns zum ersten Mal einlud, über das MudWatt zu posten, waren wir uns nicht sicher, ob es die richtige Passform war, da es sich tatsächlich um ein Produkt handelt, und wir waren besorgt, dass unser Instructable am Ende wie eine Werbesendung klingen würde. Aber wir haben uns dafür entschieden, weil das MudWatt schließlich als DIY-MFC-Kit konzipiert ist. Während wir natürlich begeistert sind, wenn Menschen unsere Produkte kaufen, freuen wir uns auch sehr, wenn wir Menschen dazu inspirieren, ihre eigenen Kreationen und Experimente zu verfolgen. Viele Leute haben weitere Informationen zum Erstellen ihrer eigenen MFC mit Standardteilen angefordert. Dies ist durchaus möglich, und wir haben unten Ressourcen dafür bereitgestellt. Wir haben jedoch festgestellt, dass die Herstellung eines echten MFC mit Standardkomponenten deutlich teurer ist als der Kauf unserer Komponenten. Das MudWatt begann eigentlich mit Standardkomponenten, aber wir haben es geschafft, den Preis zu senken, indem wir Materialien in sehr großen Mengen bestellt und diese selbst verarbeitet haben.

Wir haben in der Vergangenheit mehrere Beiträge über DIY-MFCs gesehen, aber wir haben festgestellt, dass diese Projekte die Verwendung von Metallgittern, Metallbürsten, Kupferdraht und anderen Materialien beinhalten, die in rauen Bodenumgebungen korrodieren. Die Verwendung dieser korrosiven Materialien bedeutet, dass Sie eine Korrosionsbatterie anstelle eines MFC herstellen. Diese Korrosion tritt häufig an der Verbindung zwischen dem Elektrodenmaterial und dem Draht auf. Diese Verbindung kann mit Epoxidharz abgedichtet werden, dies ist jedoch in der Praxis sehr schwierig, insbesondere wenn Sie Elektroden mit großer Oberfläche oder poröse Elektroden verwenden, die Sie benötigen, wenn Sie nennenswerte Leistung erzeugen möchten. Das Lustige ist, dass diese Korrosion tatsächlich eine beträchtliche Kraft erzeugt, die sehr leicht mit mikrobieller Aktivität verwechselt werden kann.

Für die Herstellung Ihres eigenen DIY-MFC finden Sie hier einige Orte, an denen Sie nicht korrosive Materialien finden:

Kohleelektroden:

Titandraht:

Ladungspumpenchip (für Stromversorgung und LED/Elektronik): S-882Z24-M5T1G

Wir empfehlen Ihnen, das MudWatt als Ausgangspunkt für Ihre eigene Forschung zu verwenden, und wir würden uns freuen, wenn Sie in der Lage sind, einen echten MFC mit Standardmaterialien zu einem günstigeren Preis zu erstellen. Viel Spaß beim Experimentieren!