微生物电解槽

微生物电解槽（MEC）是一种与微生物燃料电池（MFC）相关的技术。虽然MFC通过有机化合物的微生物分解产生电流，但MEC通过施加电流部分逆转从有机材料中产生氢气或甲烷的过程。理想情况下，电流将由可再生能源产生。产生的氢气或甲烷可用于通过额外的PEM燃料电池或内燃机发电。

微生物电解槽系统基于多个组件：微生物——附着在阳极上。微生物的身份决定了MEC的产品和效率。材料–MEC中的阳极材料可以与MFC相同，例如碳布、碳纸、石墨毡、石墨颗粒或石墨刷。铂可用作催化剂以降低制氢所需的过电位。铂的高成本正在推动对生物阴极作为替代品的研究。或者作为催化剂的其他替代品，不锈钢板被用作阴极和阳极材料。其他材料包括膜（尽管一些MEC是无膜的），以及管道和气体收集系统。

消耗能源（如乙酸）的产电微生物释放电子和质子，产生高达0.3伏的电势。在传统的MFC中，该电压用于产生电能。在MEC中，从外部电源向电池提供额外的电压。组合电压足以还原质子，产生氢气。由于这种还原的部分能量来自细菌活动，因此必须提供的总电能少于在没有微生物的情况下电解水的电能。在输入电压为0.8伏的情况下，氢气产量已达到3.12m3H2/m3d。制氢效率取决于所使用的有机物质。乳酸和乙酸达到82%的效率，普通水电解的效率为60%至70%。由于MEC将不可用的生物质转化为可用的氢，它们产生的可用能量比它们消耗的电能多144%。

根据阴极上存在的生物，MEC还可以通过相关机制产生甲烷。计算总氢气回收率计算为RH2=CERCat。库仑效率是CE=(nCE/nth)，其中nth是理论上可以产生的氢气摩尔数，nCE=CP/(2F)是可以从测量电流产生的氢气摩尔数，CP是总通过对电流随时间积分计算出的库仑，F是法拉第常数，2是每摩尔氢的电子摩尔数。阴极氢气回收率计算为RCat=nH2/nCE，其中nH2是产生的氢气的总摩尔数。氢气产量(YH2)计算为YH2=nH2/ns，其中ns是根据化学需氧量计算的底物去除量(22)。

氢气和甲烷都可以用作内燃机或发电中化石燃料的替代品。与MFC或生物乙醇生产厂一样，MEC具有将废弃有机物转化为宝贵能源的潜力。氢气还可以与空气中的氮气结合生成氨，可用于制造铵肥。已经提出氨作为内燃机的化石燃料的实用替代品。