Loading...
Publication
Optimizing Power Generation from Microbial Fuel Cells, Wastewater Treatment, and Practical Energy Extraction for Diverse Applications
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| Documento em Acesso Embargado até dia 06-11-2027. Tente solicitar cópia ao autor carregando no ficheiro | 3.51 MB | Adobe PDF |
Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Microbial Fuel Cells (MFCs) have emerged as a promising technology for wastewater treatment, offering the dual advantages of resource recovery and energy generation. While the power output of MFCs may not entirely offset the energy consumption of wastewater treatment plants, they are capable of autonomously powering physical, chemical, and biochemical monitoring systems within wastewater processes.
Despite their potential, the energetic capacity of MFCs remains underutilized, largely due to significant energy losses that compromise system efficiency. As research on MFCs continues to expand, a comprehensive review of strategies to maximize their use as reliable power sources is becoming increasingly essential.
This thesis investigates the optimization of MFCs for dual-purpose applications in wastewater treatment and electricity generation. By integrating advanced energy management strategies and optimizing operational parameters, we aim to enhance the efficiency and performance of MFCs. This study undertakes a comprehensive literature review on MFCs to elucidate their energy conversion mechanism based on the oxidation-reduction reaction of organic matter catalyzed by bacterial colonies.
Simulation of the voltage, current, and power generated by an MFC, followed by the design and simulation of a DC-DC converter, is conducted in the MATLAB/Simulink environment. Additionally, the design and simulation of the Joule Thief and Boost Converter circuits are carried out in both LT Spice and MATLAB. The objective is to extract the Maximum Power Point (MPP) from the equivalent circuit of MFCs and design Flyback and Boost converters to maximize energy harvesting from the fuel cell.
Furthermore, hardware is developed in the Circuit Maker environment in the form of a printed circuit board (PCB) to facilitate the implementation of Joule Thief and DC-DC converters. Simulation results demonstrate the efficiency of the designed DC-DC converter in extracting the maximum achievable output power from the MFCs, even under varying operating conditions.
As células de combustível microbianas (MFC) emergiram como uma tecnologia promissora para o tratamento de águas residuais, oferecendo as vantagens duplas da recuperação de recursos e da geração de energia. Embora a potência de saída das MFC possa não compensar totalmente o consumo de energia das estações de tratamento de águas residuais, estas são capazes de alimentar autonomamente sistemas de monitorização física, química e bioquímica nos processos de águas residuais. Apesar do seu potencial, a capacidade energética das MFC continua a ser subutilizada, em grande parte devido a perdas energéticas significativas que comprometem a eficiência do sistema. À medida que a investigação sobre MFC continua a expandir-se, uma revisão abrangente das estratégias para maximizar a sua utilização como fontes de energia fiáveis está a tornar-se cada vez mais essencial. Esta tese investiga a otimização de MFCs para aplicações de dupla finalidade no tratamento de águas residuais e geração de eletricidade. Ao integrar estratégias avançadas de gestão de energia e otimizar parâmetros operacionais, pretendemos melhorar a eficiência e o desempenho dos MFCs. Este estudo realiza uma revisão abrangente da literatura sobre MFCs para elucidar seu mecanismo de conversão de energia com base na reação oxidação-redução da matéria orgânica catalisada por colônias bacterianas. A simulação da tensão, corrente e potência gerada por um MFC, seguida do projeto e simulação de um conversor DC-DC, é conduzida no ambiente MATLAB/Simulink. Além disso, o projeto e a simulação dos circuitos Joule Thief e Boost Converter são realizados em LT Spice e MATLAB. O objetivo é extrair o ponto de potência máxima (MPP) do circuito equivalente de MFCs e projetar conversores Flyback e Boost para maximizar a coleta de energia da célula de combustível. Além disso, o hardware é desenvolvido no ambiente Circuit Maker na forma de uma placa de circuito impresso (PCB) para facilitar a implementação de conversores Joule Thief e DC-DC. Os resultados da simulação demonstram a eficiência do conversor DC-DC projetado na extração da potência de saída máxima alcançável dos MFCs, mesmo em condições de operação variáveis.
As células de combustível microbianas (MFC) emergiram como uma tecnologia promissora para o tratamento de águas residuais, oferecendo as vantagens duplas da recuperação de recursos e da geração de energia. Embora a potência de saída das MFC possa não compensar totalmente o consumo de energia das estações de tratamento de águas residuais, estas são capazes de alimentar autonomamente sistemas de monitorização física, química e bioquímica nos processos de águas residuais. Apesar do seu potencial, a capacidade energética das MFC continua a ser subutilizada, em grande parte devido a perdas energéticas significativas que comprometem a eficiência do sistema. À medida que a investigação sobre MFC continua a expandir-se, uma revisão abrangente das estratégias para maximizar a sua utilização como fontes de energia fiáveis está a tornar-se cada vez mais essencial. Esta tese investiga a otimização de MFCs para aplicações de dupla finalidade no tratamento de águas residuais e geração de eletricidade. Ao integrar estratégias avançadas de gestão de energia e otimizar parâmetros operacionais, pretendemos melhorar a eficiência e o desempenho dos MFCs. Este estudo realiza uma revisão abrangente da literatura sobre MFCs para elucidar seu mecanismo de conversão de energia com base na reação oxidação-redução da matéria orgânica catalisada por colônias bacterianas. A simulação da tensão, corrente e potência gerada por um MFC, seguida do projeto e simulação de um conversor DC-DC, é conduzida no ambiente MATLAB/Simulink. Além disso, o projeto e a simulação dos circuitos Joule Thief e Boost Converter são realizados em LT Spice e MATLAB. O objetivo é extrair o ponto de potência máxima (MPP) do circuito equivalente de MFCs e projetar conversores Flyback e Boost para maximizar a coleta de energia da célula de combustível. Além disso, o hardware é desenvolvido no ambiente Circuit Maker na forma de uma placa de circuito impresso (PCB) para facilitar a implementação de conversores Joule Thief e DC-DC. Os resultados da simulação demonstram a eficiência do conversor DC-DC projetado na extração da potência de saída máxima alcançável dos MFCs, mesmo em condições de operação variáveis.
Description
Keywords
Energy Harvesting Microbial Fuel Cells DC-DC Converter MPPT Joule Thief Boost Converter Embed