Biodegvielas šūna ir ierīce, kas izmanto bioloģiskus materiālus, lai tiešā veidā ražotu elektroenerģiju redoksreakciju ceļā. Tas ir pretstatā tradicionālajai biodegvielas izmantošanai, lai ražotu elektroenerģiju no siltuma, ko nodrošina materiāla sadegšana. Biodegvielas šūnu tehnoloģijas princips ir atdarināt dažādus dabiskos procesus, kas tiek izmantoti enerģijas ražošanai dzīvos organismos. Dažos gadījumos baktērijām var būt nozīme šajās degvielas šūnās. No 2011. gada biodegvielas elementiem ir potenciāls kā alternatīvam enerģijas avotam un dažādos medicīnas un bioinženierijas lietojumos.
Dzīvie organismi iegūst enerģiju, oksidējoties ogļhidrātiem, kas rodas fotosintēzes procesā augos un ko uzturā uzņem dzīvnieki. Fermenti atvieglo reakcijas, kurās ogļhidrāti pārvēršas oglekļa dioksīdā un ūdenī, noņemot elektronus, kas pēc tam tiek uzglabāti adenozīna trifosfāta (ATP) molekulās. Biodegvielas šūnā elektronus, kas rodas, oksidējot organiskās molekulas — parasti ogļhidrātus, tāpat kā dzīvos organismos — izmanto elektriskās strāvas radīšanai. Ideja izmantot šos bioloģiskos procesus elektroenerģijas ražošanai ir bijusi jau kopš 1960. gadiem, taču agrīnie mēģinājumi izveidot praktisku, funkcionējošu biodegvielas elementu saskārās ar grūtībām.
Biodegvielas šūna parasti sastāv no tvertnes, kas sadalīta divās daļās ar caurlaidīgu barjeru. Vienā sadaļā ogļhidrātu, piemēram, glikozes, oksidēšana nodrošina elektronus. Otrā sadaļā notiek reducēšanas reakcija, kas izmanto šos elektronus. Savienojot abus elektrodus, no elektroda oksidācijas sekcijā — anoda — var izveidot strāvu uz reducēšanas sekcijā esošo elektrodu — katodu.
Viena no lielākajām praktiskajām problēmām, kas kavē biodegvielas šūnu attīstību, ir atrast efektīvu veidu, kā no ogļhidrātiem atbrīvotos elektronus nogādāt anodā. Elektroni sākotnēji tiek glabāti oksidējošajā enzīmā un dabiskā procesā tiktu ķīmiski pārvietoti ATP molekulās. Ir divas iespējamās metodes elektronu ekstrakcijai no fermenta anodā biodegvielas šūnā.
Tiešās elektronu pārneses (DET) metodē enzīms ir jāsaista ar anodu. To var izdarīt ķīmiski vai ar citām metodēm, piemēram, konstruējot anodu no oglekļa nanocauruļu tīkla, uz kura tiek adsorbēts enzīms. Šīs metodes samazina fermenta aktivitāti un attiecīgi samazina efektivitāti, taču šī raksta tapšanas laikā tā ir nepārtrauktas izpētes joma un var tikt izstrādātas uzlabotas metodes.
Otra elektronu pārneses metode ir pazīstama kā mediētā elektronu pārnese (MET). Šim nolūkam fermentam nav jābūt saskarē ar anodu; tā vietā elektroni tiek nodoti citai molekulai ar zemāku redokspotenciālu, kas pēc tam atdod elektronus anodam. Šim savienojumam, kas pazīstams kā mediators, ir jābūt arī augstākam redokspotenciālam nekā anodam. Šis papildu solis ir saistīts ar enerģijas zudumu, un tāpēc degvielas šūna praksē ir mazāk efektīva, nekā tas varētu būt teorētiski.
Biodegvielas šūnas ir aktīvas pētniecības joma, un tiek pētīti dažādi šo problēmu iespējamie risinājumi. Starp iespējām ir baktēriju izmantošana mikrobu degvielas šūnās. Dzelzi reducējošās baktērijas, kas dzīvo anaerobos apstākļos, ir īpaši daudzsološas, jo tās dabiski samazina dzelzi tā oksidācijas stāvoklī +3 līdz +2 oksidācijas stāvoklim. Pēc tam dzelzs var atdot elektronu pie anoda, atgriežoties +3 stāvoklī un darbojoties kā dabiska mediatora molekula, pārnesot elektronus no baktērijām uz anodu.
Galvenās biodegvielas elementu priekšrocības ir tādas, ka tās nav piesārņojošas, neprasa dārgus katalizatorus un izmanto parastās, lētas un viegli atjaunojamas izejvielas. Biodegvielas elementu galvenie trūkumi ir to neefektivitāte un zemā jauda. Tomēr no 2011. gada pastāv cerības, ka šīs problēmas varēs pārvarēt, paverot jaunas iespējas. Tie ietver ne tikai lētu, tīru un atjaunojamu enerģiju, bet arī iespēju implantēt biodegvielas šūnas, kas darbojas ar ķermeņa ražotām vielām un ko izmantos, lai darbinātu medicīnas ierīces, piemēram, elektrokardiostimulatorus.