මේ වන විට ලෝකයේ පවතින ෆොසිලවලින් ලැබෙන ඉන්ධන ක්‍රමයෙන් අඩු වෙමින් පවතින අතර එය අවසාන වීමේ ප්‍රවනතාවක්‌ වේ. මේ පිළිබඳව අවධානය යොමු වී ඇති අතර ෆොසිල ඉන්ධනවල අඩුව පිරිමැසීමට හැකි එක්‌ බලශක්‌ති උත්පාදකයක්‌ පමණක්‌ පිළිබඳව විශ්වාසය තැබිය නොහැකි ය.
මේ වන විට ක්ෂුද්රජීවීන් විශේෂයක්‌ වන බැක්‌ටීරියා භාවිතයෙන් අපද්‍රව්‍ය සහ ජෛව ස්‌කන්ධවලින් විදුලිය නිපදවීමට ඇති හැකියාව පිළිබඳව වැඩිදුර විමසිලිමත් වී තිබේ. ඒ අනුව මෑත දී සොයා ගෙන ඇති Geobacter Sulfurreducens KN400 බැක්‌ටීරියා විශේෂය මඟින් ඉහළ විදුලිබලයක්‌ උපදවන බව පෙන්වා දී තිබේ.
ක්ෂුද්රජීවීන් පරිවෘත්තිය මඟින් විදුලි ධාරාවක්‌ ලෙස ශක්‌තිය උත්පාදනය කිරීමේ හැකියාව පිළිබඳව බොහොමයක්‌ පර්යේෂකයන් ප්‍රකාශන ඉදිරිපත් කර තිබේ. මේ සොයා ගැනීම් දිරි ගන්නාසුලු අතර අනාගතයේ තිරසාර බලශක්‌ති උත්පාදනයේ දී ක්ෂුද්රජීවී ඉන්ධන කෝෂ තාක්ෂණය (Microbial Fuel Cell Technology (MFC) වැදගත් මෙහෙයක්‌ කරනු ඇතැයි බලවත් විශ්වාසයක්‌ ගොඩනැඟී තිබේ.
මේ ආකාරයේ බලශක්‌ති සැපයුමකින් ක්‍රියා කරවන ලද ප්‍රථම ප්‍රායෝගික උපකරණය වන නිතලවාසී ක්‍ෂුද්‍රජීව ඉන්ධන කෝෂය (Benthic Microbial Fuel Cell)) පිළිබඳව වාර්තා වී ඇත්තේ 2008 වර්ෂයේ දී ය. කාලගුණ මිනුම් වන වාතයේ උෂ්ණත්වය, පීඩනය, සාපේක්‍ෂ ආර්ද්‍රතාව, ජලයේ උෂ්ණත්වය ආදිය මැනීමේ දී අවශ්‍ය බලය සපයා ගැනීම නිතලවාසී ක්ෂුද්රජීවී ඉන්ධන කෝෂය ((benthic MFC) මඟින් ඉටු කර ගැනීමට හැකි වීම මේ ප්‍රායෝගික සොයා ගැනීමයි. මේ බලශක්‌ති උත්පාදනයට ක්ෂුද්රජීවීන් මඟින් කාබනික අපද්‍රව්‍ය ඔක්‌සිකරණය කිරීම උපයෝගී කොටගෙන තිබේ. මෙහි දී ඉලෙක්‌ට්‍රොaන සැපයීම ඉටු කර ඇත්තේ මුහුදු පතුලේ අවසාදිත තුළ ස්‌වභාවයෙන් ම පරිවෘත්තීය ක්‍රියා ඉටු කර ගන්නා ක්ෂුද්රජීවීන් මඟිනි. මේ සඳහා පිටතින් ක්ෂුද්රජීවීන් එකතු කිරීමක්‌ අවශ්‍ය නො විණි. කිලෝග්රෑම් 230ක සහ ඝන මීටර 2.3ක පමණ මඩ තට්‌ටුවකින් මිලි වෝල්ට්‌ 24ක්‌, එනම්, වසරක දී ඇල්කලයින් වියළි කෝෂ 16ක ප්‍රමාණයේ බලශක්‌ති උත්පාදනයකට සමාන ශක්‌තීන් උපදවා තිබේ. මෙහි මූලික නිර්මාණය සඳහා උප ඒකක 07ක්‌ සහ මුහුදු අවසාදිත මඩ තට්‌ටුවල උපරිමයක්‌ පරිහරණය කර තිබේ.
අනෙක්‌ නිර්මාණයේ දී මුහුදු මඩ කිලෝග්රෑම් 16ක්‌ දක්‌වා සහ පරිමාව ඝන මීටර් 0.03ක්‌ දක්‌වා අඩු කරන ලද අතර මිලි වෝල්ට්‌ 36ක බලශක්‌තියක්‌ නිපදවා ඇත. මෙය වසරකට බැටරි කෑලි 26ක ශක්‌ති ප්‍රභවයකට සම විය. මේ නිර්මාණය සඳහා අඩුවෙන් මඩ සකස්‌ කිරීමට සිදු වී ඇතිවාක්‌ මෙන්ම තනි පුද්ගලයකුට මෙය භාවිත කළ හැකි ය. මේවායින් වසර කිහිපයක්‌ තිස්‌සේ අඩු වීමකින් තොර ව බලශක්‌තිය නිපදවා ඇති බව වාර්තා වී තිබේ. ගැඹුරු මුහුදෙන් නිපදවිය හැකි මේ වර්ගයේ කෝෂයකින් සමාන මට්‌ටමකින් හා අඩු වියදමකින් අවසන් වීමකින් තොරව බලශක්‌තිය ලබා ගැනීමට හැකියාව ඇති අතර එය ඊයම් සල්ෆියුරික්‌ අම්ල සහිත බැටරියකින් වසරකට නිපදවන බලයට සමාන වන බව වාර්තා වී තිබේ.
මෙසේ ගැඹුරු මුහුදේ ඇති රොන් මඩවල වෙසෙන ක්ෂුද්රජීවීන් පරිවෘත්තිය මඟින් නිපදවන බලය ඉහළ මට්‌ටමක්‌ දක්‌වා දියුණු කිරීමට හැකියාව ඇති අතර එය සීමාකාරී වන්නේ රොන්මඩ ඇතුළත් උපස්‌තරය අනුව වන බව පෙනේ. අද්‍රdව්‍ය එසේ ම සෙමෙන් දිරාපත් වන කාබනික උපස්‌තර වන කයිටීන් හෝ සෙලියුලොස්‌ එම රොන්මඩවලට එක්‌ කිරීම මඟින් උපදවා ගත හැකි බලශක්‌තිය වැඩි කර ගත හැකි ය. මේවා එතරම් මිල අධික නො වන අතර බහුලව පවතී. තව ද මේ ද්‍රව්‍යවල අඩංගු අංශුවල ප්‍රමාණය ද ලැබෙන බලශක්‌තිය වැඩි කිරීමට හා දිගු කලක්‌ පවත්වා ගෙන යැමට බලපාන බව පෙන්වා තිබේ. කෙටි කලකට වැඩි බලශක්‌තියක්‌ ලබා ගැනීම කුඩා අංශුමය කයිටීන් යොදාගෙන කළ හැකි බව පෙනී ගොස්‌ ඇත. මේ අනුව වැඩි වැඩියෙන් කාබනික අපද්‍රව්‍ය එකතු වන මසුන් බෝ කරන ගොවිපළවල හෝ කෘෂිකාර්මික අපද්‍රව්‍ය එකතු වන ස්‌ථානවල දී මේ තාක්ෂණය ප්‍රයෝජනයට ගැනීමේ හැකියාව ඇති වනු ඇතැයි විශ්වාස කෙරේ. මේ කෝෂ මඟින් උපදවන ශක්‌තිය ධාරිත්‍රකවලට සම්බන්ධ කිරීමෙන් ඒවා ඉහළ ධාරිතාවකට ගෙන ගොස්‌ බලශක්‌තිය ගබඩා කිරීමට හැකියාව ඇත. ඒ අනුව ඉහළ බලශක්‌තියක්‌ නොකඩවා ලබා ගැනීමට කටයුතු කළ හැකි ය. මේ පරීක්‍ෂණ තවමත් පරීක්‍ෂණාගාර මට්‌ටමෙන් සිදු කර ඇති අතර නුදුරු අනාගතයේ දී ප්‍රයෝජනයට ගත හැකි වනු ඇත.
තවත් සීමිත සාධකයක්‌ වී ඇත්තේ වඩා ඉහළ මිලක්‌ ගෙවිය යුතු ප්‍රොaටෝන පාරගම්‍ය පටල (Proton permeable membrane) මේ කෝෂ සඳහා භාවිත කළ යුතු වීමයි. අඩු මිල සහිත මැටිවලින් නිම කරන මුට්‌ටි වැනි ආකාර මේ සඳහා භාවිතයට ගැනීමේ හැකියාව පිළිබඳව අධ්‍යයන කෙරෙමින් පවතී. මේ මැටි මුට්‌ටිවලට යෙදූ කසළ කාණුවලින් එන අපද්‍රව්‍ය ආරම්භක යෙදවුම් විශේෂයක්‌ ((inoculum) ලෙස යොදා ගැනීමටත් ඇසිටේට කාබන් මූලය ලෙස යොදා ගැනීමටත් පරීක්‍ෂණ පවත්වා ගෙන යයි. කුඩා කණ්‌ඩායමක්‌ ලෙස ජනගහනය පැතිරී ඇති ප්‍රදේශවල මේ තාක්ෂණය ව්‍යාප්ත කිරීමේ ප්‍රයත්නයකට ටැන්සානියාව දැනටමත් පෙලඹී ඇත.
බැක්‌ටීරියා මඟින් දිරාපත් කිරීමට භාජන කළ හැකි බොහොමයක්‌ උපස්‌ථර විදුලිය නිපදවීමේ හැකියාව සහිත බව සොයාගෙන තිබේ. මේ සඳහා විශාල උදාහරණ සංඛ්‍යාවක්‌ ගෙන හැර දැක්‌විය හැකි අතර ඒවා අතර ඇසිටේට, ග්ලුකෝස්‌, පිෂ්ටය, සෙලියුලෝස්‌, පිදුරු වර්ග, ගෙවල්වලින් ඉවත් කරන අපද්‍රව්‍ය සහිත ජලය සහ සමහර කර්මාන්ත අපද්‍රව්‍ය වේ.
මේ තාක්ෂණය මඟින් විදුලිය නිපදවීම තවමත් මහා පරිමාණයෙන් ඉටු කරගත නොහැකි වී ඇතත් එම ක්‍රියාකාරීත්වය පරිසරය අපද්‍රව්‍යවලින් තොර ස්‌ථානයක්‌ බවට පත් කර ගැනීමේ හැකියාව මේ තාක්ෂණය තුළ ගැබ් වේ.
ක්ෂුද්රජීවී විදුලි කෝෂ තාක්ෂණය මඟින් රුධිරයේ ඇති ග්ලුකෝස්‌ සහ ඔක්‌සිජන් යොදා ගන්නා වෛද්‍ය උපකරණ නිපදවීමේ පරීක්‍ෂණ ද කරමින් පවතී.
විදුලි කෝෂයට සම්බන්ධ වන කාබනික ද්‍රව්‍ය ක්ෂුද්රජීවීන් ගේ පරිවෘත්තීය ක්‍රියාවලට යොදා ගන්නා අතර නිකුත් වන ඉලෙක්‌ට්‍රොaන බහිෂ්සෛලීයව ඉලෙක්‌ට්‍රොaඩයක පෘෂ්ඨයට යොමු කෙරේ. කාබනික අපද්‍රව්‍ය ඔක්‌සිකරණයේ දී ඉලෙක්‌ට්‍රොaන සහ ප්‍රොaටෝන යන දෙවර්ගය ම නිකුත් කෙරෙයි. ඉලෙක්‌ට්‍රොaන ඇනෝඩයට ගමන් ගනී. පරිපථයක්‌ හරහා එය කැතෝඩයට ගමන් කරයි. ප්‍රොaටෝන කැතෝඩයට සංක්‍රමණය වන අතර, ඔක්‌සිජන් කැතෝඩ පෘෂ්ඨයේ දී ඔක්‌සිහරණයට ලක්‌ වේ.
සාමාන්‍ය රසායනික විදුලි කෝෂයක ආකාරයට ධාරාව උපදින අතර ම ඇනෝඩ පෘෂ්ඨය මත ක්ෂුද්රජීවීන් උත්ප්‍රේරක ලෙස ක්‍රියා කරයි. මේ ජීවීන් සත්‍ය උත්ප්‍රේරක නො වන අතර ඔවුන් ශක්‌තිය උපදවා ගන්නේ උපස්‌තරය ඔක්‌සිකරණය කිරීමෙනි. තමාට අවශ්‍ය ශක්‌තිය සහ පෝෂණය ලබා ගැනීම මේ මඟින් ඉටු කර ගනී. ඒ අනුව මේ තාක්ෂණය ස්‌වයංපෝෂිත ක්‍රියාවලියක්‌ ද වේ. ක්‍ෂුද්‍රජීවීන්ට යෝග්‍ය තත්ත්වය පවතින තුරු මේ කෝෂවලින් කාල සීමාවකින් තොර ව විදුලිය ජනනය කිරීමේ හැකියාව පැවතිය යුතු ය.
කෝෂය තුළ ඇති ඉලෙක්‌ට්‍රොaඩ පෘෂ්ඨය මතුපිට ජෛව පටලයක්‌ පිළියෙල වීම පළමුව සිදු වේ. මේ ජීවීන් ඇනෝඩය සමග පමණක්‌ නො ව අවට ක්ෂුද්රජීවී ගහනය සමග ද අන්තර් ක්‍රියා පවත්වා ගෙන යයි. උදාහරණයක්‌ ලෙස Brevibacillus sp.PTHI මේ කෝෂ තුළ තනි ව අන්තර්ගත වීමට වඩා වෙනත් ක්ෂුද්රජීවී විශේෂයක්‌ වන Pseudomonas sp. සමග මිශ්‍ර ගණාවාසයක්‌ තුළ දී වැඩි ධාරාවක්‌ නිපදවන බව පෙන්වා දී තිබේ.
ක්ෂුද්රජීවී ඉන්ධන කෝෂවල කාර්යක්‍ෂමතාව මැනිය හැකි එක්‌ ක්‍රමයක්‌ වන්නේ උත්පාදනය වන කූලෝම ප්‍රමාණය මැනීමෙනි. මේ ප්‍රමාණය රඳා පවතිනුයේ ක්ෂුද්රජීවීන් ගේ ක්‍රියාකාරීත්වය මත සහ ඉලෙක්‌ට්‍රොaන සපයා ගන්නා කාබනික කාබන් ප්‍රභවයේ විශේෂත්වය මත ය. මෙය සිදු වන්නේ ක්ෂුද්රජීවී විශේෂය භාවිත කරන පරිවෘත්තීය ගමන් මාර්ගය සහ ඉලෙක්‌ට්‍රොaන ඇනෝඩය කරා මාරු කරනු ලබන යාන්ත්‍රණය මත ය. උපරිම සෛද්ධාන්තික බලශක්‌ති ප්‍රමාණය ලබා ගැනීමට නම් වඩා කාර්යක්‍ෂම ඉලෙක්‌ට්‍රොaන මාරු කිරීමක්‌ සහ කාබනික උපස්‌තරයේ සම්පූර්ණ ඔක්‌සිකරණයක්‌ සිදු විය යුතු ය. පූර්ණ ඔක්‌සිකරණය සිදු නො වූ විට ඔක්‌සිකරණය නො වී ඉතිරි වන ද්‍රව්‍යවල එම අඩු වන ශක්‌තිය ගැබ් වේ. උදාහරණයක්‌ වශයෙන් Shewanella oneidensis බැක්‌ටීරියා විශේෂය මඟින් ලැක්‌ටේට අඩංගු කාබනික උපස්‌තරය පූර්ණ වශයෙන් ඔක්‌සිකරණය නො වන අවස්‌ථා පෙන්වා දී ඇත. මෙහි දී ප්‍රයෝජනයට නො ගන්නා ඉලෙක්‌ට්‍රොaන, නිපදවන ඇසිටේට උපස්‌තරය තුළ හිර වන අතර එය කූලෝමීය කාර්යක්‍ෂමතාව 56.2%ක්‌ පමණ වන බව පරීක්‍ෂණ මඟින් පෙන්වා දී තිබේ. ඒ අනුව උපස්‌ථරය පූර්ණ ඔක්‌සිකරණයකට ලක්‌ කරනු ලබන ක්ෂුද්රජීවීන් මඟින් කාබන්ඩයොක්‌සයිඩ් නිපදවන අතර ඉහළ ම කූලෝමීය කාර්යක්‍ෂමතාවක්‌ වාර්තා කර ඇත.
ඉහත සඳහන් ආකාරයේ ක්ෂුද්රජීවී ඉන්ධන කෝෂ අතර Geothrix fermentans - ඇසිටේට්‌ ඔක්‌සිකරණයේ දී 94%ක කූලෝමීය කාර්යක්‍ෂමතාවක්‌, Geobacter sp. - ඇසිටේට්‌ ඔක්‌සිකරණයේ දී 100%ක කූලෝමීය කාර්යක්‍ෂමතාවක්‌, බෙන්සොඒට්‌ ඔක්‌සිකරණයේ දී 84%ක කූලෝමීය කාර්යක්‍ෂමතාවක්‌ ද පෙන්වා ඇති බව වාර්තා වී ඇත. මේ කාර්යක්‍ෂමතාව ඉහළ දැමිය හැකි තවත් උපක්‍රමයක්‌ වන්නේ පරිසරයෙන් ලැබෙන අපද්‍රව්‍ය ක්ෂුද්රජීවී රෝපිත මඟින් පොහොසත් කිරීමෙනි.
ක්ෂුද්රජීවී ඉන්ධන කෝෂයේ කාර්යක්‍ෂමතාව මැනීමට හැකි තවත් මිනුම් හඳුන්වා දී ඇත. ඒවා නම් ශක්‌තිය රඳවා ගැනීමේ කාර්යක්‍ෂමතාව (energy capture efficiency), වෝල්ටීය කාර්යක්‍ෂමතාව (Voltage efficiency), ස්‌කන්ධ හුවමාරු කාර්යක්‍ෂමතාව (mass-transfer
efficiency)) සහ කාර්යාවලී ශක්‌ති කාර්යක්‍ෂමතාව වේ.
මේ කෝෂය සඳහා ඇති ප්‍රධාන සීමාකාරී සාධකයක්‌ වන්නේ කැතෝඩය මඟින් අණුක ඔක්‌සිජන් ඔක්‌සිහරණය කිරීමේ ක්‍රියාදාමයකි. මේ සඳහා විවිධ ලෝහ සහ උත්ප්‍රේරක යොදා පර්යේෂණ පවත්වා ඇත. තව ද කැතෝඩ(ඇනෝඩ ප්‍රමාණාත්මක අනුපාතය වෙනස්‌ කිරීම ද විවිධ ජෛවීය උත්ප්‍රේරක යෙදීම ද පර්යේෂකයන් අත්හදා බලා ඇත.
ඩබ්. ඒ. අතුල සිල්වා
ක්‍ෂුද්‍රජීවවිද්‍යා අංශය
කැලණිය විශ්වවිද්‍යාලයය
