Біотехнологічні основи отримання електрики у рослинно-мікробних біосистемах

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorДячок, Василь Володимирович
dc.contributor.authorРусин, Ірина Богданівна
dc.date.accessioned2024-01-03T09:50:55Z
dc.date.available2024-01-03T09:50:55Z
dc.date.issued2023
dc.description.abstractРусин І.Б. Біотехнологічні основи отримання електрики у рослинномікробних біосистемах. – Наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.20 «Біотехнологія». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Мiнiстерство освiти i науки України, Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена розробці нових ефективних, економічних та екологічних способів отримання рослинно-мікробної біоелектрики у будинках всередині і на дахах, а також оцінці біоелектропродуктивного потенціалу екосистем in situ. Сконструйовано рослинно-мікробні біосистем генерації біоелектрики на основі рослин A. plantago-aquatica, F. arundinacea, C. palustris, C. hirta, O. basilicum, H. soleirolii та мохів H. cupressiforme, P. commune, L. glaucum для цілорічного використання у будинках та на дахах. Вперше досягнуто прогресу в компактності та кількості модулів біосистем при збереженні виходу біоелектрики. Дво- і три-модульні 0.6л багатоелектродні біосистеми базовані на пряних чи декоративних рослинах O. basilicum і H. soleirolii служили автономним та екологічно чистим джерелом живлення для цифрових приладів та світлодіодів в режимі реального часу, заміняючи батарейки 1.5 В та 3.0 В.Виявлено позитивний ефект бактерій Desulfovibrio sp. та аннелід L. terrestris як енхансерів, які підвищують генерацію біоелектрики біосистем з A. plantago-aquatica та C. palustris на 32.8% та на 14.3%, відповідно. Показано потенціал природних екосистем лісів і заболочених луків, агроекосистем, урбоекосистем паркових зон та техногенно забруднених газонів вздовж міських автомагістралей як джерела поновлюваної біоелектрики за кліматичних умов заходу України.uk
dc.description.abstractotherRusyn I. B. Biotechnological fundamentals of electricity generation in plantmicrobial biosystems. – Мanuscript. Thesis for the degree of Doctor of Biological Sciences in specialty 03.00.20 «Biotechnology». – National Technical University of Ukraine «Ihor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Ministry of Education and Science of Ukraine, Kyiv, 2023. The dissertation is devoted to the development of novel ecological plantmicrobial bioelectrical systems that are efficient and economical for use in energy efficient buildings and on green roofs and to also assess the bioelectroproductive potential of natural ecosystems in situ. New approaches have been proposed such as alternative species plants and different biological enhancers, new electrode materials and multielectrode biosystems, new electrode configurations and their connections, that efficiently increase the bioelectric output of biotechnology. The use of costeffective materials in the design of biosystems, including using waste material, seeds and seedlings of common plants and simple substrates reduces the cost of electrobiotechnology without loss of efficiency. Several new types of biosystems for year-round bioelectricity generation and application in an energy-efficient buidings and on a green roofs have been developed. Biosystem operations have been investigated depending on various biological factors (plant growth, plant species, introduction of active microorganisms and annelids), external conditions (temperature and precipitation) and technological (materials, schemes and configurations). Effective and year round operated biosystems have been developed based on plants: A. plantago-aquatica, F. arundinacea, C. palustris, C. hirta O. basilicum, H. soleirolii and mosses H. cupressiforme, P. commune, L. glaucum for inside buildings and their green roofs. It was found that the highest capacity was demonstrated by biosystems based on grass F. arundinacea (in buildings inside) and biosystems based on sedge C. hirta (on green roofs). The biosystem with plant F. arundinacea was characterized by 20.95% higher power than the biosystem with A. plantago-aquatica and was 1.5 times more economically beneficial during application in energy-efficient buildings inside.The biosystem based on sedge C. hirta was characterized by a power of 950 mW/m2 PGA and was 1.7 times more efficient than the biosystem based on mosses on green roofs at a temperature above 0ºС and an amount of precipitation of 5 mm/day that opens perspective their use on green roof as bioelectricity source. For the first time, progress in the compactivity of total size and a number of the modules of biosystems has been achieved while maintaining the output of bioelectricity. Two- and three-modules of 0.6L multielectrode biosystems based on edible or ornamental plants O. basilicum and H. soleirolii, respectively, served as an autonomous and environmentally friendly power source for an indoor weather station, digital clock, digital thermometer/hygrometer and LEDs replacing 1.5V and 3V batteries in real time. The maximum recorded values of current density in the threemodule electro-biosystem was 407 mA/m2 and power density was 188.33 mW/m2 PGA. A high degree of correlation between bioelectricity generation and plant growth was shown, with the Pearson coefficient was from 0.67 to 0.98. For the first time, the positive effect of bacteria Desulfovibrio sp. and annelid L. terrestris were shown as enhancers of biosystems based on A. plantago-aquatica and C. palustris, which increased output to 32.8% and 14.3%, respectively. For the first time, the potential of natural ecosystems of forests and marshy meadows, agroecosystems, urban ecosystems of park zones and polluted lawns along city highways are shown as a source of renewable bioelectricity in the climatic conditions of west of Ukraine. Phytomicrobocenoses of lawns along highways were resistant to pollution by heavy metals, and, their bioelectrical productivity decreases only when polluted simultaneously by several heavy metals of a high danger class, exceeding the MPC by more than 10 times. The cumulative effect of a reducing the inter electrode distance and a combination of a parallel-series connection of multielectrode biosystems based on a new pair of graphite and perforated Zn-galvanized steel electrodes is shown as an effective way of maximizing the obtained plant-microbial bioelectricity. The revealed potential of ecosystems in situ and developed bioelectrotechnologies for energyefficient buildings open wide possibilities for further improvement in obtaining plantmicrobial bioelectricity.uk
dc.format.extent48 с.uk
dc.identifier.citationРусин, І. Б. Біотехнологічні основи отримання електрики у рослинномікробних біосистемах : автореф. дис. … д-ра біол. наук : 03.00.20 – біотехнологія / Русин Ірина Богданівна. – Київ, 2023. – 48 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/63460
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectбіоелектрикаuk
dc.subjectбіотехнологіяuk
dc.subjectрослинно-мікробний паливний елементuk
dc.subjectрослиниuk
dc.subjectмікроорганізмиuk
dc.subjectважкі металиuk
dc.subjectґрунтuk
dc.subjectbioelectricityuk
dc.subjectbiotechnologyuk
dc.subjectplant-microbial fuel celluk
dc.subjectplantsuk
dc.subjectmicroorganismsuk
dc.subjectheavy metalsuk
dc.subjectsoiluk
dc.subject.udc606:621.3: 620.951/952:574.46uk
dc.titleБіотехнологічні основи отримання електрики у рослинно-мікробних біосистемахuk
dc.typeThesisuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Rusyn_aref.pdf
Розмір:
2.33 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.1 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Автореферати (КББЕ)