دانلود پایان نامه
شکل 4-9: جمله نرنست-مونود نسبت به پتانسیل کاتد 64
شکل 4-10: تغییرات چگالی جریان با پتانسیل سطح کاتد 65
نمودار 4-11: تغییرات چگالی جریان با زمان در پتانسیل اشباع و غلظتهای مختلف 66
شکل 4-12: تغییرات چگالی جریان با زمان برای غلظت سوبسترای اشباع و پتانسیلهای مختلف 67
شکل 4-13: توزیع میکروبهای فعال در بیوفیلم، پتانسیل کاتد محدود کننده 67
شکل 4-14: توزیع میکروبهای فعال در بیوفیلم، غلظت سوبسترای محدود کننده 68
شکل 4-15 شکل 4-15: مقایسه نتایح حاصل از مدلسازی با نتایج واقعی. (a نتیجه حاصل از مدلسازی و (b نتایج واقعی …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..69
فهرست جدول ها
عنوان صفحه
جدول 1-1: تفاوت بین واکنشهای انجام شده در بخش آند و کاتد پیل سوختی میکروبی و پیل سوختی میکروبی معکوس 22
جدول4-1: مقادیر عددی پارامترها برای حالت مرجع 58
جدول 4-2: محدوده تغییرات پتانسیل سطح کاتد و غلظت سوبسترا در حجم مایع 62

فصل اول
بررسی اهمیت موضوع و مفاهیم علمی مرتبط با آن
مقدمه
منابع انرژی رو به زوال سوخت های فسیلی، جامعه رو به توسعه انسانی را در آینده ای نه چندان دور دچار کمبود سوخت می سازند. با رشد سریع جمعیت و رسیدن آن به مرز 10 میلیارد نفر تا 50 سال دیگر نیاز به منابع پایان ناپذیر سوخت افزایش خواهد یافت]1[. بر اساس تخمینی از رشد جمعیت و رشد اقتصادی همراه با آن و با در نظر گرفتن روند رشد تقاضای انرژی، میزان تقاضای انرژی در سال 2050 میلادی 27 تراوات و در سال 2100 میلادی 43 تراوات خواهد بود]2[. بنابراین اگرچه نفت، گاز طبیعی و ذغال سنگ در کوتاه مدت میتوانند نیاز انرژی را برآورده نمایند، ولی در دهههای آتی و با پیشی گرفتن تقاضای نفت از عرضه آن، نمیتوانند به عنوان یک گزینه مناسب مطرح شوند. در نتیجه با توجه به اینکه منابع سوختهای فسیلی رفته رفته در حال کاهش است حتی در صورت یافتن منابع جدید نفت و یا افزایش بهرهبرداری از مخازن موجود، مشکل مهم تغییرات آب و هوایی نه تنها حل نمیشود، بلکه تشدید نیز خواهد شد. بدون شک رهاسازی کربن ذخیره شده در سوختهای فسیلی، غلظت دیاکسید کربن را در جو افزایش میدهد؛ انباشتگی گازهای گلخانهای در سالهای اخیر سبب شده که دمای متوسط جهانی از دماهای پیش از تاریخ نیز فراتر رفته و منجر به ذوب یخهای طبیعی و افزایش سطح دریاها بشود]2[. بنابراین حتی جایگزینی نفت و گاز با سوختهای دیگری مانند ذغالسنگ، هیدرات متان و قطران ذغالسنگ نیز منجر به رهاسازی گاز دیاکسید کربن بیشتر به جو، تشدید نمودن آسیبهای زیست محیطی و شتاب بخشیدن به تغییرات آب و هوایی میگردد. بنابراین از این دیدگاه ما به روشی برای تولید انرژی نیازمندیم که با نرخ بیش از 1% در هر قرن گاز دیاکسید کربن را به جو وارد ننماید. بزرگترین چالش پیش رو این است که علاوه بر برآورده نمودن نیاز رو به رشد انرژی، مسئله نشر گازهای گلخانهای نیز به طور همزمان برطرف گردد.
در نتیجه نگرانیهای انتشار پیوسته و در حال افزایش دیاکسید کربن به اتمسفر و همچنین وسعت آلودگی ناشی از سوخت های فسیلی که زندگی در کره خاکی را دچار مشکل ساخته است، نیاز به منابع انرژی از منابع تجدیدپذیر با حداقل تأثیر منفی زیست محیطی را افزایش میدهد]3[. در این ارتباط قوانین سخت گیرانه تر زیست محیطی وضع گردیده و اعتبارهای مالی بالایی برای پژوهش در زمینه بهره برداری از انرژی های نو تصویب گردیده است]1[.
گزینش جایگزینهای مناسب، ارزان قیمت و تمیز برای سوخت های فسیلی، به هر ترتیب یک ضرورت آشکار است. انرژیهای تجدیدپذیری مانند انرژی خورشیدی، باد، زمین گرمایی و انرژی حاصل از زیست توده گزینههای مناسبی به شمار میآیند. در این بین انرژی خورشیدی یک منبع انرژی مناسب و جذاب میباشد، زیرا علاوه بر تجدیدپذیری به میزان زیادی نیز در دسترس میباشد. ولی به علت وجود مشکلات فنی و اقتصادی، در حال حاضر نمیتوان در کوتاه مدت به طور کامل به این انرژی متکی بود. در حدود 200 تراوات از 170000 تراوات انرژی خورشیدی تابیده شده، به انرژی باد تبدیل میگردد؛ در حالی که از این میزان 67 تراوات از طریق چرخههای آبی به انرژی آب و 100 تراوات نیز از طریق فتوسنتز به شکل زیست توده ذخیره میگردد]4[. نمایی از این امر در شکل 1-1 نشان داده شده است. بخشی از فناوریهای مرتبط با این انرژیها مانند توربینهای بادی، سدهای برقابی، صفحات خورشیدی و فرآیندهای تولید اتانول و متان از زیست توده در سالهای اخیر توسعه یافتهاند ولی با این حال، با رشد جوامع، بایستی نرخ رشد و توسعه این فناوریها نیز افزایش یابد.

مطلب مرتبط :   دانلود پایان نامه درباره ویژگیها، معادله

شکل 1 -1 انرژی تجدیدپذبر خورشیدی و انرژیهای سرچشمه گرفته از آن]2[.
1-2 چرخه انرژی تجدیدپذیر بر پایه زیست توده
همان گونه که پیش از این نیز اشاره شد، انرژی خورشیدی و انرژیهایی که از آن سرچشمه میگیرند، یک راهکار مناسب برای رفع چالشهای انرژی و محیط زیست در دراز مدت میباشند. ولی این امر کاملاً به چگونگی دریافت و استفاده از این انرژی بستگی دارد. خورشید در تمام روز و در تمام نواحی به شکل یکنواخت نمیتابد. بنابراین صفحات خورشیدی میتوانند نیاز برق را در طول روز مرتفع سازند، ولی بدون وجود روش مناسبی برای ذخیرهسازی این انرژی، نمیتوان از آن به عنوان منبع اصلی تأمین انرژی در تمام مدت شبانه روز استفاده کرد.
انرژی زیست توده شکلی از انرژی خورشیدی گرفته شده میباشد که در آن انرژی خورشیدی جهت فرآوری و نقل و انتقال راحتتر به صورت فشرده در زیست توده ذخیره شده است. این ذخیره سازی از طریق فرآیند فتوسنتز و جذب انرژی نور خورشید در پیوند مولکولهای آلی زیستتودهها انجام میگیرد.
شکل 1-2 نمایی کلی از چرخه انرژی تجدید پذیر بر پایه زیست توده را نشان میدهد. در این شکل، میکروارگانیسمها زیست توده را به سوخت تبدیل مینمایند.این چرخه شامل سه بخش اصلی است:
تولید زیست توده توسط نورخورشید و فتوسنتز