Discussie

De PMFC is een alternatieve energiebron met potentie in de toekomst. Maar er moet nog veel onderzoek naar worden gedaan er is namelijk nog veel ruimte voor verbetering. Een oplossing om volledig over te gaan op duurzame energie is dit echter niet.

Voor de blauwdruk is een tubular opstelling waar de kathode aan de binnenkant zit en de anode hier omheen zit het beste. Dit is omdat dit design makkelijk te plaatsen is. Daarom is dit waarschijnlijk ook de meest reële manier hoe PMFC’s geplaatst zullen worden.

De PMFC kan het beste in een natuurgebied worden geplaatst. De plant komt dan vanuit de omgeving. De plant die erin gaat groeien moet wel onder een constante laag water kunnen staan, zodat de anode altijd in een anaerobe omgeving is. In de toekomst zijn er mogelijk ook planten die minder zuurstof uitstoten via de wortels, of manieren om deze zuurstof van de anode te houden.

Een goede bodem bevat voldoende voedingsstoffen voor de bacteriën en is “luchtig” genoeg voor de wortels om gemakkelijk doorheen te groeien. Het vergroten van het wateroppervlak zorgt ervoor dat er voldoende afgifte bestaat van de organische stoffen die worden gebruikt door de bacteriën.

Het afvalwater wordt gebruikt om de planten en bacteriën voedingsstoffen te geven en om de elektronen te vervoeren. De bacteriën hebben vooral een hoge BZV concentratie nodig om voldoende elektronen uit te kunnen scheiden. Echter kan de plant vanuit het water wel aan zijn benodigde hoeveelheid stikstof, fosfor en kalium komen. hier later meer over.

Gezien de mogelijkheden van de PMFC is het een optie om de waterzuiveringen te helpen “energieneutraal” te laten verlopen. De PMFC is ook relatief goedkoop om te maken. Dat betekent dat veel PMFC’s neerzetten niet veel geld kost, dit kost alleen veel ruimte waar in Nederland wel een tekort aan is.

Ook is het een optie om de PMFC in rijstvelden te plaatsen. Rijstplanten zijn uitermate geschikt voor de PMFC omdat deze onder water worden gezet. Een nadeel is dat rijstvelden methaan uitstoten, wat heel slecht is voor het milieu.

Wanneer bacteriën een temperatuur onder de 7 graden Celsius bereiken komt zullende bacteriën minder goed te functioneren. Wanneer de temperatuur zich onder het vriespunt bevindt zal er geen energie productie meer mogelijk zijn, omdat het water dan bevroren is. Zonder vloeibaar water kunnen de H+ ionen geen reactie vormen met O2, en is de reactie dus niet compleet. In landen met een tropisch klimaat zou dit geen probleem zijn. PMFC’s werken tevens ook niet in droge gebieden waar weinig water beschikbaar is, aangezien hierdoor de geproduceerde elektronen niet verplaatst kunnen worden. Ook zou de PMFC niet onder water kunnen worden gezet. Hierdoor zal de omgeving waarin de anode zich bevindt niet anaeroob zijn, en zal er dus geen reden zijn om elektronen naar de kathode te geleiden. Maar als je de PMFC gebruikt om afvalwater te filteren zou dit geen probleem zijn.

Tot op heden worden in PMFC’s vaak niet-duurzame kathodes gebruikt. Dit is omdat duurzame kathodes een katalysator nodig hebben, en katalysatoren zijn is erg prijzig. Omdat de PMFC toch alleen kleinschalig gebruikt wordt, zal een chemische kathode, gemaakt van geactiveerde koolstof, niet erg zijn. Tevens is er de mogelijkheid dat er mogelijke vergiftingsverbindingen in de oplossing zou komen door bijvoorbeeld het gebruik van platina.

Een membraan in een PMFC is niet noodzakelijk. Een voordeel is dat je met het afvalwater de anode anaeroob kan houden, gezien het water zich niet naar de kathode kan bewegen. Hierdoor kunnen de H+ ionen diffunderen naar het wateroppervlakte en in contact komen met zuurstof. Een membraan is dus niet noodzakelijk en gebruik van een membraan zorgt wel voor een vermindering van de interne weerstand. Membranen zijn tevens erg prijzig.

Momenteel wordt voor de anode koolstof materiaal gebruikt, wat veel voordelen heeft, maar het is niet duurzaam. Een mogelijke alternatief is biochars. Dit is een duurzaam materiaal en heeft vergelijkbare presentaties met de koolstof anode.

De gemiddelde opbrengst van de PMFC is 50±25 mW m-2 bij het gebruik van de plant Spartina Anglica. Dit zou betekenen dat er tweemaal een 2W lamp draaiende kan worden gehouden door een PMFC.

### **Mogelijke alternatieven voor het gebruik van de PMFC buiten Nederland en buiten het gebruik van de PMFC in combinatie met afvalwater**

Aangezien er op dit moment, door de intensieve veeteelt, een groot overschot aan mest is kan er worden gekozen om de PMFC te voeden met mest. In mest zijn de benodigde voedingsstoffen aanwezig voor zowel de plant als de bacteriën. Zo kan er een klein gedeelte van het mestoverschot gebruikt kunnen worden. Tevens zou compost een optie kunnen zijn. Hier gaat echter niet de voorkeur naar uit omdat compost vaak vol zit met bacteriën en daardoor het risico wordt genomen dat de verschillende bacteriën met elkaar gaan concurreren, of dat er verkeerde bacteriën bij de anode terechtkomen waardoor energieverlies zou kunnen optreden. Tevens kost het “maken” van compost veel tijd met de aanwezige kans dat er methaangassen ontstaan.

Het afvalwater wordt gebruikt om de planten en bacteriën voedingsstoffen te geven en om de elektronen te vervoeren. De bacteriën hebben vooral een hoge BZV concentratie nodig om voldoende elektronen uit te kunnen scheiden. Echter kan de plant vanuit het water wel aan zijn benodigde hoeveelheid stikstof, fosfor en kalium komen. Om deze stoffen extra toe te voegen aan afvalwater kan bijvoorbeeld varkensmest worden gebruikt. Er kan vanuit worden gegaan dat de modified hoagland solution de optimale concentratie stikstof, fosfor en kalium bevat (N 0,224 g/l, K 0,235 g/l, P 0,061 g/l ), omdat de modified hoagland solution optimaal is voor een plant. Dit is echter alleen als er gebruik wordt gemaakt van een waterplant die geen aarde/potgrond nodig heeft. Anders moet er een lagere verdunning gebruikt worden. Deze is echter moeilijk te berekenen aangezien er niet kan worden uitgegaan van een vaste bekende concentratie van de stikstof, fosfor en kalium. Hoe beter de plant groeit hoe meer energie de PMFC opwekt. Dan is de beste verhouding 1 kg staat mest staat tot 16 l water voor een plant. Dit betekend dat het afvalwater verrijkt wordt met kalium, fosfor en stikstof. Dit is dus niet het vervangen van de bodem. Echter zou dit niet het beste zijn voor de PMFC, en dit zal ook niet bijdragen aan het verbeteren van het watermilieu voordat het door de waterzuiveringsinstallatie moet.

Voordat het water in de PMFC komt, moet het wel gefilterd worden zodat er geen zware metalen in de PMFC komen. Dit is omdat zware metalen schadelijk zijn voor de plant en de bacteriën in de PMFC. Zware metalen kunnen gefilterd worden uit afvalwater door slib een onstabiele colloïdale suspensie te laten vormen met de zware metalen. Deze suspensie kan gemakkelijk gefilterd worden door bezinking, coagulatie en snel-filtratie.

Een andere mogelijke locatie die in Nederland waar de PMFC geplaatst zou kunnen worden is op daken. Dit zodat er geen grond wordt verbruikt aan de PMFC, gezien de tekorten aan grond die er in Nederland momenteel al zijn is dit een goede bijkomstigheid. Nadeel is wel dat het water moet worden vastgehouden en dat sommige daken er niet op gebouwd zijn om die hoeveelheid extra massa te dragen. Bijkomend voordeel is wel dat in de koudere maanden de daken warmer zijn omdat ze niet in contact zijn met de grond.