Het proces begint met het feit dat de bacteriën organisch materiaal consumeren en dit via hun metabolisme afbreken. Tijdens dit proces laten de bacteriën elektronen vrij als bijproduct. Deze elektronen worden vervolgens opgevangen door de anode van de MFC, die in contact staat met de bacteriën. De elektronen reizen door het externe circuit van de MFC en worden uiteindelijk geaccepteerd door de kathode, waar ze zich combineren met zuurstof om water te vormen.
De algehele chemische reactie kan als volgt worden vereenvoudigd:
Organische stof + Bacteriën → Elektronen (opgevangen door anode)
Elektronen (via extern circuit) → Kathode + Zuurstof → Water
Als gevolg van deze elektronenoverdracht ontstaat er een elektrische stroom tussen de anode en de kathode. De spanning en het vermogen van de MFC zijn afhankelijk van verschillende factoren, zoals het type bacterie, de substraatconcentratie en de efficiëntie van het systeem.
Hier zijn enkele voorbeelden van cellen die chemische energie kunnen omzetten in een elektrische stroom met behulp van MFC's:
Shewanella oneidensis:Deze bacterie wordt vaak gebruikt in MFC's vanwege zijn hoge exo-elektrogene activiteit. Shewanella-soorten kunnen verschillende organische verbindingen gebruiken en worden aangetroffen in aquatische omgevingen.
Geobacter sulphurreducens:Een andere bekende exo-elektrogene bacterie, Geobacter, kan elektronen overbrengen naar elektroden en verschillende substraten gebruiken, zoals acetaat en lactaat.
Pseudomonas aeruginosa:Pseudomonas-soorten hebben aangetoond dat ze elektriciteit kunnen opwekken in MFC's met behulp van organische substraten zoals glucose en acetaat.
Escherichia coli:Hoewel ze niet zo vaak worden gebruikt als de eerder genoemde bacteriën, zijn bepaalde stammen van E. coli zo ontworpen dat ze exo-elektrogeen gedrag vertonen.
Deze cellen staan bekend om hun vermogen om de chemische energie die is opgeslagen in organische verbindingen om te zetten in elektrische energie via het proces van extracellulaire elektronenoverdracht. Deze mogelijkheid opent mogelijkheden voor toepassingen voor de productie van bio-energie en afvalwaterzuivering, waarbij MFC's elektriciteit kunnen opwekken en tegelijkertijd organische verontreinigende stoffen kunnen behandelen.
