DOI: https://doi.org/10.18524/2307-4663.2009.1(5).102094

БІОПАЛИВНІ ЕЛЕМЕНТИ - ПРОБЛЕМИ І ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ ІІ. МІКРОБНІ БІОПАЛИВНІ ЕЛЕМЕНТИ

Є. В. Кузьмінський, П. I. Гвоздяк, Н. Б. Голуб

Анотація


В оглядовій роботі здійснено аналіз стану, розглянуто проблеми та визначено перспективи розвитку біопаливних елементів – електрохімічних пристроїв, в яких за допомогою мікроорганізмів здійснюється пряме перетворення хімічної енергії різноманітних речовин (вуглеводів, жирів, білків та ін.) в електричну в результаті біохімічних трансформацій.


Ключові слова


мікробні біопаливні елементи; прокаріоти; еукаріоти; медіатори; ферменти; субстрати; анод; катод

Повний текст:

PDF

Пристатейна бібліографія ГОСТ


Гвоздяк П. И. Исследование микробной деструкции синтетических азотсодержащих веществ и электроудерживание микроорганизмов в связи с очисткой воды // автореферат докт. дис. 14.03.76/ Iнститут мікробіології і вірусології ім. Д. К. Заболотного НАНУ, Київ-1976.-34. с.

Akiba T., Bennetto H. P., Stirling J. L., Tanaka K. Electricity production from alkalophilic organisms. // Biotechnol. Lett. – 1987. – v.9. – N 9. – P. 611–616.

Allen M. J. Biofuel Cells in “Methods in Microbiology”(eds Norris J. R., Ribbon D. W.), Academic Press, New York, 1972.-P. 247-283.

Allen R. M., Bennetto H. P. Microbial fuel cells – Electricity production from carbohydrates. // Appl. Biochem. Biotechnol. – 1993. – N 39/40. – P. 27–40.

Bennetto H. P., Stirling J. L., Tanaka K., Vega C. A. Anodic reaction in microbial fuel cells. // Biotechnol. Bioeng. – 1983. – N 25. – P. 559–568.

Bennetto H. P., Delaney G. M., Mason J. R., Roller S. D., Stirling J. L., Thurston C. F. The sucrose fuel cell: efficient biomass conversion using a microbial catalyst. // Biotechnol. Lett. – 1985. – v. A. – N 7. – P. 699–705.

Bond D. R., Holmes D. E., Tender L. M. and Lovely D. R. Electrode-reducing microorganisms that harvest energy from marine sediments // Science.-2002.- v.295(5554).- P.483-485.

Bond, D. R. and Lovley, D. R. Electricity production by Geobacter sulfurreducens attached to electrodes. // Appl. Environ. Microbiol. – 2003. – v.69.– N 3. – P. 1548–1555.

Chaudhuri, S. K. and Lovley, D. R. Electricity generation by direct oxidation of glucose in mediator-less microbial fuel cells. // Nat. Biotechnol. – 2003. – v.21.– P. 1229–1232.

Cooney M. J., Roschi E., Marison I. W., Comniellis C., von Stockar U. Physiologic studies with the sulfate-reducing bacterium Desulfovibria desulfuricans: evaluation for use in a biofuel cell// Enzyme Microbial. Technol.-1996.-v. 18.-N 2.-P. 358-365.

Davis J. B., Yarbrough H. F. Preliminary experiments on a microbial fuel cell// Science.-1962.-v. 137.-P. 615-616.

Delaney G. M., Bennetto H. P., Mason J. R., Roller S. D., Stirling J. L., Thurston C. F. Electron transfer coupling in microbial fuel cells: 2. Performance of fuel cells containing selected microorganism-mediator-substrate combination// J. Chem. Technol. Biotechnol. B.-v. 34.-P. 13-27.

Habermann W., Pommer E. H. Biological fuel cells with sulphide storage capacity // Appl. Microbiol. Biotechnol. -1991.-v. 35.-N1.- 128-133.

Ishii S., Kosaka T., Hori K., Hotta Y. & Watanabe K. Coaggregation facilitates interspecies hydrogen transfer between Pelotomaculum thermopropionicum and Methanothermobacter thermautotrophicus. // Appl. Environ. Microbiol. – 2006. – v.71.– N 12.– P. 7838–7845.

Karube I., Matsunaga T., Tsuru S., Suzuki S. Biochemistry fuel cell utilizing immobilized cells of Clostridium hutyricum// Biotechnol. Bioeng. – 1977. – v. 19. – P. 1727–1733.

Kharitonov A. B., Alfonta L., Katz E., Willner I. Probing of bioaffinity interactions at interfaces using impedance spectroscopy and chronopotentiometry // J. Electroanal. Chem. – 2000. – v. 487. – P. 133–141.

Kim B. H., Kim H. J., Hyun M. S., Park D. H. Direct electrode reaction of Fe (III) reducing bacterium, Shewanella putrefaciens. // J. Microbiol. Biotechnol. – 1999. – v.9a. – P. 127–131

Kim, H. J., Hyun M. S., Chang I. S., Kim B. H. A microbial fuel cell type biosensor using a metal-reducing bacterium, Shewanella putrefaciens. // J. Microbiol. Biotechnol. – 1999. – v.9. – N 3. – P. 365–367.

Kim B. H., Ikeda T., Park H. S., Kim H. J., Hyun M. S., Kano K., Takagi K. and Tatsumi H. Electrochemical activity of an Fe (III)-reducing bacterium, Shewanella putrefaciens IR-1, in the presence of alternative electron acceptors. // Biotechnol. Tech. – 1999. – v.13.– N 7. – P. 475–478.

Kim N., Choi Y., Jung S., Kim S. Effect of initial carbon sources on the performance of microbial fuel cells containing Proteus vulgaris // Biotechnol. Bioeng. – 2000. – N 70. – P. 109–114.

Kim H. J., Park H. S., Hyun M. S., Chang I. S., Kim M. and Kim B. H. A mediator-less microbial fuel cell using a metal reducing bacterium, Shewanella putrefaciens// Enzyme Microb. Technol.- 2002.-v. 30(2).-P.145-152.

Kim B. H., Park H. S., Kim H. J., Kim G. T., Chang I. S., Lee J. and Phung N. T. Enrichment of microbial community generating electricity using a fuel-cell-type electrochemical cell// Appl. Microbiol. Biotechnol.-2004.- v. 63(6).-P.672-681.

Kreysa G., Sel D. l, Krämer P. Bioelectrochemical fuel cells. // Ber Bunsenges. Phys. Chem. (West Germany), Berichte der Bunsengesellschaft fur Physikalische Chemie. – 1990. – v.94.– N 9. – P. 1042–1045.

Lee J., Phung N. T., Chang I. S., Kim B. H. and Sung H. C. (2003) Use of acetate for enrichment of electrochemically active microorganisms and their 16S rDNA analyses FEMS//Microbiol. Lett.-2003.- v. 223(2).- P.185-191.

Lewis K. Symposium on bioelectrochemistry of microorganisms. IV. Biochemical fuel cells. // Bacteriol. Rev. – 1966. – v.30. – N 1. – P. 101–113.

Lithgow A. M., Romero L., Sanchez I. C., Souto F. A., Vega C. A. Interception of electron-transport chain in bacteria with hydrophilic redox mediators. // J. Chem. Res. Synop. – 1986. – N 5. – P. 178–179.

Myers C. R., Myers J. M. Localization of cytochromes to the outer membrane of anaerobically grown Shewanella putrefaciens MR-1. // J. Bacteriol. – 1992. – v.174.– N 11. – P. 3429–3438.

Park D. H., Kim B. H., Moore B., Hill H. A. O., Song M. K., Rhee H. W. Electrode reaction of Desulfovibrio desulfuricans modified with organic conductive compounds. // Biotechnol. Techniques. – 1997. – v.11.– N 3. – P. 145–148.

Park D. H., Kim S. K., Shin I. H., Jeong Y. J. Electricity production in biofuel cell using modified graphite electrode with neutral red. // J. Biotechnol. Lett. – 2000. – v. 22. – P. 1301-1304.

Park D. H., Zeikus J. G. Electricity generation in microbial fuel cells using neutral red as an electronophore. // Appl. Environm. Microbiol. – 2000. – v. 66. – P. 1292–1297.

Rabaey K., Lissens G., Siciliano S. D. and Verstraete W. A microbial fuel cell capable of converting glucose to electricity at high rate and efficiency// Biotechnol. Lett.-2003.- v. 25(18).-P. 1531-1535

Reimers, C. E., Tender, L. M., Fertig, S. & Wang, W. Harvesting energy from the marine sediment-water interface. // J. Environ. Sci and Technol.– 2001. – v.35. – N 2. – P. 192–195.

Roller S. D., Bennetto H. P., Delaney G. M., Mason J. R., Stirling S. L., Thurston C. F. Electron-transfer coupling in microbial fuel cells: 1. Comparison of redox mediator reduction rates and respiratory rates of bacteria // J. Chem. Technol. Biotechnol. Â.-1984.-v. 34.-P. 3-12.

Suzuki S., Karube I., Matsunaga T., Kuriyama S., Suzuki N., Shirogami T., Takamura T. Biochemistry energy conversion using immobilized whole cells of Clostridium hutyricum// Biochimie.-1980.-v. 62.-P. 353-358.

Suzuki S., Karube I. Energy production with immobilized cells. // Appl. Biochem. Bioeng. – 1983. – v.4. – N 3. – P. 281–310.

Suzuki S., Karube I., Matsuoka H., Ueyama S., Kawakubo H., Isoda S., Murahashi T. Biochemistry energy conversion by immobilized whole cells// Ann. N. Y. Acad. Sci.-1983.-v. 413.- 133-143.

Shukla A. K., Suresh P., Berchmans S., Rajendran A. Biological fuel cells and their applications // Current Sci. – 2004.-v.87.-N 4.-P.455-468.

Tanaka K., Vega C. A., Tamamushi R. Thionine and ferric chelate compounds as coupled mediators in microbial fuel cells. // Bioelectrochem. Bioenerg. – 1983. – N 11. – P. 289–297.

Tanisho S., Suzuki Y., Wakao N., Fermentative hydrogen evolution by Enterobacter aerogenes stain E.82005 // J. Hidrogen Energy. – 1987. – v. 12. – N 9. – P. 623-627.

Tender L. M., Reimers C. E., Stecher H. A., Holmes D. E., Bond D. R., Lowy D. A., Pilobello K., Fertig S. J. and Lovley D. R. Harnessing microbially generated power on the seafloor//Nat. Biotechnol.-2002.- v. 20(8).- P.821-825.

Vega C. A., Fernández I. Mediating effect of ferric chelate compounds in microbial fuel cells with Lactobacillus Plantarum, Streptococcus Lactis, and Erwinia Dissolvens // Bioelectrochem. Bioenerg. – 1987. – N 17. – P. 217–222.

Yuri A. Gorby, Svetlana Yanina, Jeffrey S. McLean, Kevin M. Rosso, et al. Electrically conductive bacterial nanowires produced by Shewanella oneidensis strain MR-1 and other microorganisms. // Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. – 2006. – v.103.– N 30.– P. 11358–11363.





Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

ISSN 2076-0558 (Print); 2307-4663 (Online)

DOI 10.18524/2307-4663