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以光能為電力來源之微生物燃料電池開發及系統效能評估

為了解決enable copy paste ex的問題，作者賴彥錞 這樣論述：

微生物燃料電池為一新穎的能源科技，可在處理廢水的同時，將有機物質中所含有的能量回收。相較於傳統廢水處理程序，以此技術處理廢水時，不但可減少能源消耗，還可產生額外能源供廢水處理程序中其它處理單元使用，因此為近十多年來，廣受各學術領域矚目的研究。在後續的研究中，有學者將微生物燃料電池結合光照，發展出可利用光能為電力來源的光合微生物燃料電池及微生物太陽能電池，也證實此兩種系統可將光能轉換為電能。本研究將紫色不含硫光合菌作為光合微生物燃料電池之產電微生物，了解此類可捕捉光能且具儲存聚磷酸鹽特性之微生物其產電潛力，並利用其特性建立一個可蓄能之微生物燃料電池。而微生物太陽能電池部分，是以藍綠細菌作為產電

微生物，在不額外提供有機物及自然光照之環境下，評估此系統利用太陽光進行產電之效能。研究初期挑選數株紫色不含硫光合菌進行產電能力測試，發現所挑選之菌株其產電能力相似。而光照對系統產電量之影響，也經由實驗確認此系統產電表現與光照具相關性。本研究藉由調整反應槽樣式、溶液pH值 及溶液離子強度等影響系統效能之因素，將所建立之系統操作方式最佳化，成功地將系統之產電量提升至先前的兩倍。此外，研究也利用分子生物技術建立一套分析紫色不含硫光合菌pufM、ppk及ppx基因表現量之方法，並利用所建立之監測方法及水質分析數據，找出可將菌體內所儲存之能量轉換為電力之操作方式。由研究結果可知，若將系統控制於低碳或低磷

之環境，微生物可將菌體內所儲存之能量釋放並轉換為電能。在微生物太陽能電池的研究中，首先以不同來源之藍綠細菌樣本進行產電測試，挑選合適的藍綠細菌供後續研究使用。接著進行不同操作條件之產電能力測試，由不同初始植菌量之產電測試結果發現，系統產電量與藍綠細菌之數量有關，過高的細胞濃度會遮避光源使產電表現下降。系統最適操作pH值為中性環境，過酸或過鹼的環境不但會使系統中之藍綠菌活性受到抑制亦會影響產電表現。在系統中添加緩衝溶液可維持系統之pH值，並提升系統產電表現。而適合系統產電之光照強度為2,000 lx (輻射照度約6,000 mW/m2)以下，過量的光照反而會抑制或破壞藍綠細菌光反應系統中相關作用

酵素。此外，在研究中發現，系統內溶氧值為影響系統產電效能優劣之重要因子，而在添加3%的Na2SO3作為還原劑後，系統可保持低溶氧狀態且實驗結束後菌種仍具有活性，亦可使系統產電表現更穩定。若將此系統以最適條件操作，系統可利用自然光進行產電，產電時間約三週。研究最後將紫色不含硫光合菌及藍綠細菌作為雙槽式燃料電池之陽極槽產電微生物及陰極槽氧氣提供來源，測試兩種不同代謝機制之光合作用細菌應用於微生物燃料電池系統的產電效能，同時也比較此系統與一般厭氧微生物及單槽式系統之產電表現。研究結果顯示，雙槽式系統因使用質子交換膜，且陰極槽過多的氧氣可能會擴散至陽極槽，因此產電表現會低於單槽式空氣陰極電池系統。另一

方面，以厭氧污泥為產電微生物之系統其產電量較以紫色不含硫光合菌為產電微生物系統之產電量高，主要是因兩系統微生物傳遞電子至電極上的速率不同所造成。本研究成功地建立兩種不同工作原理的微生物燃料電池系統及其評估方法，而所使用的系統中，主要內電阻是由電子傳遞電阻所貢獻，因此若要提升系統效能，必須改善微生物將電子傳遞至電極上之效率。