سوائل مائکروبیل فیول سیل (SMFCs): نیا ڈیزائن ماحولیات اور کسانوں کو فائدہ پہنچا سکتا ہے۔ 

The Soil Microbial Fuel خلیات (SMFCs) use naturally occurring bacteria in the soil to generate electricity. As a long-term, decentralised source of renewable power, the SMFCs could be perpetually deployed for real-time monitoring of various environmental conditions and can also contribute to the growth of precision کاشتکاری and smart cities. However, despite being in existence for over a century, the practical application of SMFCs has been nearly non-existent due to inconsistency in power output. Currently, there is no SMFC that can generate electricity consistently outside high moisture watery conditions. In a recent study, the researchers created and compared different design versions and found that the vertical cell design improves performance and makes SMFCs more resilient to changes in soil moisture.   

مائکروبیل ایندھن کے خلیات (MFCs) are bioreactors that produce electricity by converting the energy in the chemical bonds of نامیاتی compounds into electrical energy through biocatalysis by microbes. The electrons released in the anode compartment by bacterial oxidation of substrate are transferred to cathode where they combine with oxygen and hydrogen ions.  

ایروبک حالت میں بائیو کیمیکل رد عمل، مثال کے طور پر، ایسٹیٹ کے لیے بطور سبسٹریٹ یہ ہیں: 

انوڈ پر آکسیکرن آدھا رد عمل 

CH₃سیوو^- + 3 ایچ₂O → CO₂ +HCO₃^- + 8 ایچ⁺ + 8 ای^-  

کیتھوڈ پر نصف رد عمل میں کمی 

2 اے ₂ + 8 ایچ ⁺ + 8 nd ^-   H 4 H ₂ O 

اینیروبک ماحول میں، ایم ایف سی بجلی پیدا کرنے کے لیے بائیو ویسٹ کو بطور سبسٹریٹ استعمال کر سکتے ہیں۔ 

MFCs میں پائیدار توانائی کے ماحولیاتی مسائل کے حل کے طور پر کام کرنے کی صلاحیت ہے، گلوبل وارمنگ اور بائیو ویسٹ مینجمنٹ۔ یہ ان علاقوں میں استعمال کرنے کے لیے ایک ٹھوس کیس ہے جہاں باقاعدہ کیمیائی بیٹریاں اور شمسی پینل توقع سے کم ہوتے ہیں جیسے کہ سبز بنیادی ڈھانچے، گھاس کے میدانوں، گیلے علاقوں یا زیر زمین میں۔ ان علاقوں میں، شمسی پینل رات کو کام نہیں کرتے ہیں اور عام طور پر گندگی یا پودوں سے ڈھک جاتے ہیں جبکہ کیمیکل کے اجزاء بیٹریاں leach into the environment. The Soil Microbial Fuel خلیات (SMFCs) come as a sustainable source of energy in such areas in farming, grassland, forest and wasteland to power low energy devices.  

The Soil Microbial Fuel Cells (SMFCs) use naturally occurring bacteria in the soil to generate electricity. Under optimal conditions, SMFCs can produce up to 200 μW of power with a voltage of 731 mV. As a long-term, decentralised source of renewable power, the SMFCs could be perpetually deployed for real-time monitoring of various environmental conditions and guide policy. These can also contribute to the growth of smart cities and فارم.  

تاہم، ایک صدی سے زائد عرصے سے وجود میں آنے کے باوجود، زمینی سطح پر SMFCs کا عملی اطلاق بہت محدود ہے۔ فی الحال، کوئی SMFC نہیں ہے جو زیادہ نمی والے پانی والے حالات سے باہر مستقل طور پر بجلی پیدا کر سکے۔ بجلی کی پیداوار میں عدم مطابقت کی وجہ ماحولیاتی حالات، مٹی کی نمی، مٹی کی اقسام، مٹی میں رہنے والے جرثومے وغیرہ میں فرق ہے لیکن مٹی کی نمی میں ہونے والی تبدیلیوں کا زیادہ سے زیادہ اثر پاور آؤٹ پٹ کی مستقل مزاجی پر ہوتا ہے۔ مسلسل بجلی کی پیداوار کے لیے خلیوں کو مناسب طور پر ہائیڈریٹڈ اور آکسیجن رکھنے کی ضرورت ہے جو خشک مٹی میں زیر زمین دفن ہونے پر ایک مشکل مسئلہ ہو سکتا ہے۔   

عمودی سیل ڈیزائن کارکردگی کو بہتر بناتا ہے اور SMFCs کو مٹی کی نمی میں ہونے والی تبدیلیوں کے لیے زیادہ لچکدار بناتا ہے۔  

ایک حالیہ مطالعہ (جس میں SMFC کی تعیناتی کے نو مہینوں کے مشترکہ ڈیٹا کے ساتھ 2 سالہ طویل تکراری ڈیزائن کا عمل شامل ہے) نے ڈیزائن کے عمومی رہنما خطوط پر پہنچنے کے لیے سیل ڈیزائنوں کا منظم طریقے سے تجربہ کیا ہے۔ تحقیقی ٹیم نے روایتی ڈیزائن سمیت چار مختلف ورژن بنائے اور ان کا موازنہ کیا جس میں کیتھوڈ اور اینوڈ دونوں ایک دوسرے کے متوازی ہیں۔ فیول سیل کا عمودی ڈیزائن (ورژن 3: اینوڈ اورینٹیشن افقی اور کیتھوڈ اورینٹیشن کھڑا) بہترین کارکردگی کا مظاہرہ کرنے والا پایا گیا۔ اس نے ڈوبنے والی حالت سے لے کر کسی حد تک خشک حالت کی نمی کی حد میں اچھی طرح سے کام کیا۔  

عمودی ڈیزائن میں، انوڈ (بیکٹیریا کے ذریعہ جاری ہونے والے الیکٹرانوں کو پکڑنے کے لیے کاربن سے بنا) کو زمین کی سطح پر کھڑا نم مٹی میں دفن کیا جاتا ہے جب کہ کیتھوڈ (ایک غیر فعال، موصل دھات سے بنا) زمین پر افقی طور پر انوڈ کے اوپر عمودی طور پر بیٹھتا ہے۔ وہ سطح جہاں آکسیجن آدھے رد عمل کی تکمیل کے لیے آسانی سے دستیاب ہے۔  

جب سیل پانی میں ڈوبا ہوا تھا تو پورے دورانیے میں ڈیزائن کے لیے پاور آؤٹ پٹ نمایاں طور پر زیادہ تھی۔ یہ مکمل طور پر پانی کے اندر کی حالت سے لے کر کسی حد تک خشک ہونے تک اچھی طرح سے چل رہا تھا (حجم کے لحاظ سے 41% پانی) تاہم اس میں ابھی بھی فعال رہنے کے لیے 41% والیومیٹرک واٹر مواد (VWC) کی ضرورت تھی۔  

یہ مطالعہ نمی کی تبدیلیوں کے لیے مستقل مزاجی اور لچک کو بہتر بنانے کے لیے SMFCs کے ڈیزائن کے پہلو سے متعلق سوال کو حل کرتا ہے۔ چونکہ مصنفین نے تمام ڈیزائن، سبق اور نقلی ٹولز کو عوام کے لیے استعمال اور تعمیر کرنے کے لیے جاری کیا ہے، امید ہے کہ مستقبل قریب میں اس کا ترجمہ متنوع شعبوں میں وسیع تر ایپلی کیشنز میں ہونا چاہیے۔  

*** 

حوالہ جات:  

1. وشواناتھن AS، 2021۔ مائکروبیل فیول سیل: ابتدائیوں کے لیے ایک جامع جائزہ۔ 3 بایوٹیک۔ مئی 2021؛ 11(5): 248۔ 01 مئی 2021 کو آن لائن شائع ہوا۔ DOI: https://doi.org/10.1007/s13205-021-02802-y 

2. دس بی، ET اللہ تعالی 2024. Soil-powered Computing: The Engineer's Guide to Practical Soil Microbial Fuel Cell Design. شائع شدہ: 12 جنوری 2024۔ انٹرایکٹو، موبائل، پہننے کے قابل اور ہر جگہ موجود ٹیکنالوجیز پر ACM کی کارروائی۔ جلد 7 شمارہ 4 آرٹیکل نمبر: 196 صفحہ 1–40۔ DOI: https://doi.org/10.1145/3631410 

3. نارتھ ویسٹرن یونیورسٹی۔ خبریں گندگی سے چلنے والا فیول سیل ہمیشہ چلتا ہے۔ 12 جنوری 2024 کو پوسٹ کیا گیا۔ پر دستیاب ہے۔ https://news.northwestern.edu/stories/2024/01/dirt-powered-fuel-cell-runs-forever/ 

***