Biokuro elementas yra prietaisas, kuris naudoja biologines medžiagas elektros energijai gaminti tiesioginiu būdu per redokso reakcijas. Tai skiriasi nuo įprasto biokuro naudojimo elektros energijai gaminti iš šilumos, gaunamos deginant medžiagai. Biokuro elementų technologijos principas yra imituoti įvairius natūralius procesus, kurie naudojami energijai gaminti gyvuose organizmuose. Kai kuriais atvejais šiuose kuro elementuose vaidmenį gali atlikti bakterijos. Nuo 2011 m. biokuro elementai turi potencialą kaip alternatyvus energijos šaltinis ir įvairiose medicinos bei bioinžinerijos srityse.
Gyvi organizmai energiją gauna oksiduodami angliavandenius, kurie susidaro fotosintezės metu augaluose ir kuriuos gyvūnai praryja kaip maistą. Fermentai palengvina reakcijas, kurių metu angliavandeniai paverčiami anglies dioksidu ir vandeniu, pašalinus elektronus, kurie vėliau saugomi adenozino trifosfato (ATP) molekulėse. Biokuro elemente elektros srovei generuoti naudojami elektronai, susidarę oksiduojant organines molekules – dažniausiai angliavandenius, kaip ir gyvuose organizmuose. Idėja panaudoti šiuos biologinius procesus elektrai gaminti kilo nuo septintojo dešimtmečio, tačiau ankstyvieji bandymai sukurti praktišką, veikiantį biokuro elementą susidūrė su sunkumais.
Biokuro elementą paprastai sudaro talpykla, padalyta į dvi dalis pralaidžia kliūtimi. Viename skyriuje angliavandenių, pavyzdžiui, gliukozės, oksidacija suteikia elektronus. Kitame skyriuje vyksta redukcijos reakcija, kuri naudoja šiuos elektronus. Sujungus du elektrodus, iš oksidacijos sekcijoje esančio elektrodo — anodo — gali būti sukurta srovė į redukcijos sekcijoje esantį elektrodą — katodą.
Viena didžiausių praktinių problemų, trukdančių vystytis biokuro elementams, buvo rasti veiksmingą būdą, kaip iš angliavandenių išleistus elektronus į anodą perkelti. Elektronai iš pradžių yra saugomi oksiduojančiame fermente ir natūralaus proceso metu būtų chemiškai perkelti į ATP molekules. Yra du galimi elektronų ištraukimo iš fermento į biokuro elemento anodą būdai.
Taikant tiesioginio elektronų perdavimo (DET) metodą, fermentas turi būti prijungtas prie anodo. Tai galima padaryti chemiškai arba kitais metodais, pavyzdžiui, sukonstruojant anodą iš anglies nanovamzdelių tinklelio, ant kurio adsorbuojamas fermentas. Dėl šių metodų sumažėja fermento aktyvumas ir dėl to sumažėja efektyvumas, tačiau šiuo metu tai yra nuolatinių tyrimų sritis ir gali būti tobulinami metodai.
Kitas elektronų perdavimo būdas yra žinomas kaip tarpinis elektronų perdavimas (MET). Tam nereikia, kad fermentas liestųsi su anodu; vietoj to elektronai perduodami kitai molekulei, turinčiai mažesnį redokso potencialą, kuri tada atiduoda elektronus anodui. Šis junginys, žinomas kaip tarpininkas, taip pat turi turėti didesnį redokso potencialą nei anodas. Šis papildomas veiksmas yra susijęs su energijos praradimu, todėl kuro elementas praktiškai yra mažiau efektyvus, nei galėtų būti teoriškai.
Biokuro elementai yra aktyvių tyrimų sritis ir tiriami įvairūs galimi šių problemų sprendimo būdai. Tarp galimybių yra bakterijų naudojimas mikrobiniuose kuro elementuose. Geležį redukuojančios bakterijos, gyvenančios anaerobinėmis sąlygomis, yra ypač daug žadančios, nes jos natūraliai sumažina geležį esant +3 oksidacijos būsenai iki +2 oksidacijos būsenos. Tada geležis gali atiduoti elektroną prie anodo, grįždama į +3 būseną ir veikdama kaip natūrali tarpininkė molekulė, perkeldama elektronus iš bakterijų į anodą.
Pagrindiniai biokuro elementų privalumai yra tai, kad jie yra neteršiantys, nereikalauja brangių katalizatorių ir naudoja įprastas, nebrangias ir lengvai atsinaujinančias žaliavas. Pagrindiniai biokuro elementų trūkumai yra jų neefektyvumas ir maža galia. Tačiau nuo 2011 m. yra vilčių, kad šias problemas bus galima įveikti, atveriant naujas galimybes. Tai apima ne tik pigią, švarią ir atsinaujinančią energiją, bet ir galimybę implantuoti biokuro ląsteles, veikiančias organizmo gaminamomis medžiagomis ir naudoti medicinos prietaisams, pvz., širdies stimuliatoriams, maitinti.