Покращення промислових енергосистем: приклад щодо підвищення економії електроенергії за допомогою мікробних паливних елементів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.338866

Ключові слова:

мікробні паливні елементи, промислові живильники, інтеграція в мережу, енергозбереження, зниження витрат

Анотація

Об'єктом дослідження є промислова система живлення потужністю 100 кВА та 150 кВА, яка була інтегрована з системою мікробних паливних елементів (МПЕ), що працює паралельно з мережею. Це дослідження представляє застосування мікробних паливних елементів (МПЕ) для промислових енергетичних систем, зосереджуючись на їх інтеграції з живильниками середньої потужності для зменшення залежності від електроенергії з мережі. Центральною проблемою, яка розглядається, є брак довгострокових, реальних демонстрацій МПЕ, що працюють паралельно з громадською мережею, особливо в живильниках потужністю 100 кВА та 150 кВА, де стабільна та надійна робота є критично важливою. Щоб подолати цю прогалину, були розроблені спеціалізовані панелі МПЕ, оснащені системою керування на базі ПЛК Delta та встановлені на двох промислових живильниках. Їхня робота безперервно контролювалася протягом дев'яти місяців за допомогою вимірювачів потужності PM-5350 для фіксації навантаження, мережі та внеску МПЕ. Результати показують, що МПЕ стабільно забезпечували лише частину попиту живильників, зменшуючи споживання енергії з мережі на 9,68–18,48%, із загальною середньою економією 12,38%. Відповідне зниження витрат на електроенергію сягало 1034 доларів США на місяць. Різниця в економії між двома живильниками пояснювалася варіаціями в профілях навантаження, стратегіях синхронізації та стабільністю мікробної роботи з часом. Відмінним результатом цього дослідження є успішна демонстрація надійної, довгострокової роботи мікробних паливних елементів (МПЕ) в промислових умовах, що стало можливим завдяки схемам захисного з'єднання та автоматизованому керуванню. Практичні наслідки є значними: МПЕ можуть бути розгорнуті на живильниках середнього масштабу у виробничих або переробних галузях для досягнення вимірного зниження витрат, одночасно сприяючи впровадженню відновлюваної енергії та ініціативам з переробки відходів на енергію. Ці висновки підтверджують перевагу МПЕ як життєздатного доповнення до традиційних технологій розподіленої генерації

Біографії авторів

Levin Halim, Parahyangan Catholic University

Assistant Professor, Head of Laboratory

Laboratory of Electronics, Measurement, and Instrumentation

Center of Control, Automation, and Systems Engineering

Department of Electrical Engineering

Nico Saputro, Parahyangan Catholic University

Associate Professor

Department of Electrical Engineering

Jenny N M Tan-Soetedjo, Parahyangan Catholic University

Assistant Professor

Interdisciplinary Research for Circular Economy and Sustainability

Center for Renewable Energy Conversion

Department of Chemical Engineering

Anastasia Prima Kristijarti, Parahyangan Catholic University

Assistant Professor

Center for Renewable Energy Conversion

Department of Chemical Engineering

Посилання

  1. Hung, Y.-H., Liu, T.-Y., Chen, H.-Y. (2019). Renewable Coffee Waste-Derived Porous Carbons as Anode Materials for High-Performance Sustainable Microbial Fuel Cells. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 7 (20), 16991–16999. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b02405
  2. Kusmayadi, A., Leong, Y. K., Yen, H., Huang, C., Dong, C., Chang, J. (2020). Microalgae-microbial fuel cell (mMFC): an integrated process for electricity generation, wastewater treatment, CO2 sequestration and biomass production. International Journal of Energy Research, 44 (12), 9254–9265. https://doi.org/10.1002/er.5531
  3. Yalcinkaya, F., Torres-Mendieta, R., Hruza, J., Vávrová, A., Svobodová, L., Pietrelli, A., Ieropoulos, I. (2024). Nanofiber applications in microbial fuel cells for enhanced energy generation: a mini review. RSC Advances, 14 (13), 9122–9136. https://doi.org/10.1039/d4ra00674g
  4. Kordek-Khalil, K., Altiok, E., Salvian, A., Siekierka, A., Torres-Mendieta, R., Avignone-Rossa, C. et al. (2023). Nanocomposite use in MFCs: a state of the art review. Sustainable Energy & Fuels, 7 (24), 5608–5624. https://doi.org/10.1039/d3se00975k
  5. Chaijak, P., Thipraksa, J. (2022). Improved Performance of a Novel-Model Laccase Based Microbial Fuel Cell (LB-MFC) with Edible Mushroom as a Whole-Cell Biocatalyst. Polish Journal of Environmental Studies, 31 (5), 4481–4485. https://doi.org/10.15244/pjoes/147196
  6. Goto, Y., Yoshida, N. (2019). Scaling up Microbial Fuel Cells for Treating Swine Wastewater. Water, 11 (9), 1803. https://doi.org/10.3390/w11091803
  7. Jabbar, N., Alardhi, S., Al-Jadir, T., Abed Dhahad, H. (2023). Contaminants Removal from Real Refinery Wastewater Associated with Energy Generation in Microbial Fuel Cell. Journal of Ecological Engineering, 24 (1), 107–114. https://doi.org/10.12911/22998993/156081
  8. Mukherjee, A., Patel, R., Zaveri, P., Shah, M. T., Munshi, N. S. (2022). Microbial fuel cell performance for aromatic hydrocarbon bioremediation and common effluent treatment plant wastewater treatment with bioelectricity generation through series-parallel connection. Letters in Applied Microbiology, 75 (4), 785–795. https://doi.org/10.1111/lam.13612
  9. Singh, S., Suresh, S. (2020). A novel microbial fuel cell technology for energy generation and comparison of power densities for different electrodes using nanotechnology. Rasayan Journal of Chemistry, 13 (01), 672–675. https://doi.org/10.31788/rjc.2020.1315556
  10. Muazu, R. I., Sadhukhan, J., Venkata Mohan, S., Gadkari, S. (2023). Hexavalent chromium waste removal via bioelectrochemical systems – a life cycle assessment perspective. Environmental Science: Water Research & Technology, 9 (10), 2487–2500. https://doi.org/10.1039/d3ew00344b
  11. Naseer, M. N., Zaidi, A. A., Dutta, K., Jaafar, J., Wahab, Y. A., Cai, Y. (2023). A Novel Computational Platform for Steady-State and Dynamic Simulation of Dual-Chambered Microbial Fuel Cell. Journal of The Electrochemical Society, 170 (9), 094504. https://doi.org/10.1149/1945-7111/acf882
  12. Xu, L., Zhao, Y., Doherty, L., Hu, Y., Hao, X. (2015). The integrated processes for wastewater treatment based on the principle of microbial fuel cells: A review. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 46 (1), 60–91. https://doi.org/10.1080/10643389.2015.1061884
  13. Li, Y., Wu, Y., Puranik, S., Lei, Y., Vadas, T., Li, B. (2014). Metals as electron acceptors in single-chamber microbial fuel cells. Journal of Power Sources, 269, 430–439. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.06.117
  14. Li, W.-W., Yu, H.-Q. (2013). Utilization of Microbe-Derived Electricity for Practical Application. Environmental Science & Technology, 48 (1), 17–18. https://doi.org/10.1021/es405023b
  15. Obileke, K., Onyeaka, H., Meyer, E. L., Nwokolo, N. (2021). Microbial fuel cells, a renewable energy technology for bio-electricity generation: A mini-review. Electrochemistry Communications, 125, 107003. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2021.107003
  16. Prathiba, S., Kumar, P. S., Vo, D.-V. N. (2022). RETRACTED: Recent advancements in microbial fuel cells: A review on its electron transfer mechanisms, microbial community, types of substrates and design for bio-electrochemical treatment. Chemosphere, 286, 131856. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131856
  17. Ramya, M., Senthil Kumar, P. (2022). A review on recent advancements in bioenergy production using microbial fuel cells. Chemosphere, 288, 132512. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.132512
  18. Patwardhan, S. B., Savla, N., Pandit, S., Gupta, P. K., Mathuriya, A. S., Lahiri, D. et al. (2021). Microbial Fuel Cell United with Other Existing Technologies for Enhanced Power Generation and Efficient Wastewater Treatment. Applied Sciences, 11 (22), 10777. https://doi.org/10.3390/app112210777
  19. Thapa, B. S., Pandit, S., Patwardhan, S. B., Tripathi, S., Mathuriya, A. S., Gupta, P. K. et al. (2022). Application of Microbial Fuel Cell (MFC) for Pharmaceutical Wastewater Treatment: An Overview and Future Perspectives. Sustainability, 14 (14), 8379. https://doi.org/10.3390/su14148379
  20. Freis, S. M., Alexander, J. D., Anderson, J. E., Corley, R. P., De La Vega, A. I., Gustavson, D. E. et al. (2024). Associations between executive functions assessed in different contexts in a genetically informative sample. Journal of Experimental Psychology: General, 153 (1), 70–85. https://doi.org/10.1037/xge0001471
  21. Pandit, S., Savla, N., Sonawane, J. M., Sani, A. M., Gupta, P. K., Mathuriya, A. S. et al. (2021). Agricultural Waste and Wastewater as Feedstock for Bioelectricity Generation Using Microbial Fuel Cells: Recent Advances. Fermentation, 7 (3), 169. https://doi.org/10.3390/fermentation7030169
  22. Xing, H., Stuart, C., Spence, S., Chen, H. (2021). Fuel Cell Power Systems for Maritime Applications: Progress and Perspectives. Sustainability, 13 (3), 1213. https://doi.org/10.3390/su13031213
  23. Niju, S., Priyadharshini, K. (2023). A review on microbial fuel cell technology for Brewery industry wastewater treatment – From fundamentals to pilot scale studies. Environmental Progress & Sustainable Energy, 42 (6). https://doi.org/10.1002/ep.14191
  24. Abir Hossain, A.-M., Masud, N., Yasin, M. S., Ali, M. (2020). Analysis of the Performance of Microbial Fuel Cell as a Potential Energy Storage Device. Proceedings of International Exchange and Innovation Conference on Engineering & Sciences (IEICES), 6, 149–155. https://doi.org/10.5109/4102481
  25. Jatoi, A. S., Baloch, A. G., Jadhav, A., Nizamuddin, S., Aziz, S., Soomro, S. A. et al. (2019). Improving fermentation industry sludge treatment as well as energy production with constructed dual chamber microbial fuel cell. SN Applied Sciences, 2 (1). https://doi.org/10.1007/s42452-019-1826-0
  26. Breheny, M., Bowman, K., Farahmand, N., Gomaa, O., Keshavarz, T., Kyazze, G. (2019). Biocatalytic electrode improvement strategies in microbial fuel cell systems. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 94 (7), 2081–2091. https://doi.org/10.1002/jctb.5916
  27. Demir, Ö., Gümüş, E. (2023). Effects of pre‐treated sludge on sludge stabilization and electricity generation in microbial fuel cell. Environmental Progress & Sustainable Energy, 42 (5). https://doi.org/10.1002/ep.14119
  28. Din, M. I., Ahmed, M., Ahmad, M., Iqbal, M., Ahmad, Z., Hussain, Z. et al. (2023). Investigating the Activity of Carbon Fiber Electrode for Electricity Generation from Waste Potatoes in a Single-Chambered Microbial Fuel Cell. Journal of Chemistry, 2023, 1–8. https://doi.org/10.1155/2023/8520657
  29. Saleh, M., Yalvaç, M., Halef, L., Hekim, M. Ş., Arslan, H. (2020). Bulgur industry wastewater treatment by microbial fuel cell – exploratory study. Turkish Journal of Engineering, 4 (4), 203–208. https://doi.org/10.31127/tuje.646603
  30. Chaijak, P., Michu, P. (2022). Modified Water Hyacinth Biochar as a Low-Cost Supercapacitor Electrode for Electricity Generation From Pharmaceutical Wastewater. Polish Journal of Environmental Studies, 31 (6), 5471–5475. https://doi.org/10.15244/pjoes/150463
Покращення промислових енергосистем: приклад щодо підвищення економії електроенергії за допомогою мікробних паливних елементів

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-10-30

Як цитувати

Halim, L., Saputro, N., Tan-Soetedjo, J. N. M., & Kristijarti, A. P. (2025). Покращення промислових енергосистем: приклад щодо підвищення економії електроенергії за допомогою мікробних паливних елементів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(8 (137), 18–27. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.338866

Номер

Том 5 № 8 (137) (2025): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Levin Halim, Nico Saputro, Jenny N M Tan-Soetedjo, Anastasia Prima Kristijarti

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.