| Resumo: |
O conceito de que as actividades essencias à vida do ser humano, em particular o seu metabolismo, geram resíduos pode ser utilizado em tecnologias que aproveitem estes resíduos e re-transformem-nos em energia útil. As Células de Combustível Microbianas (CCMs) seguem este conceito: a partir de resíduos produzidas pelo ser humano, que contêm substratos orgânicos e microrganismos, produzem electricidade ou hidrogénio através das vias metabólicas adequadas. Embora consumam alguns recursos externos (eléctrodos, circuito eléctrico), estes são uma pequena fracção na equação ambiental global. O problema das CCMs é que não conseguiram ainda atingir níveis aceitáveis de potência, mas o conceito é energética e termodinamicamente viável.
As CCMs podem constituir uma nova abordagem ao tratamento de matéria orgânica, nomeadamente, no caso, das águas residuais. Estes sistemas possibilitam a remoção da matéria orgânica e concomitantemente a geração de electricidade. Adicionalmente, esta tecnologia tem vantagens a nível económico e ambiental, permitindo produzir energia de uma forma eficiente e limpa. O princípio de produção de energia por via microbiana é um fenómeno conhecido há muito tempo, contudo, esta tecnologia não foi aplicada a nível industrial devido a um desfavorecida relação entre o custo e a produção de energia. As actuais crescentes necessidades energéticas em associação com o problema do tratamento de resíduos levam à necessidade de optimização da tecnologia baseada em CCMs.
Uma CCM convencional é constituída por um compartimento anódico (usualmente em condições anaeróbias) e outro catódico (em condições aeróbias), separados por uma membrana catiónica específica/selectiva. No compartimento anódico o substrato é oxidado pelos microrganismos gerando electrões e protões. Os electrões são transferidos para o compartimento catódico através de um circuito eléctrico externo e os protões são transferidos para o cátodo através da membrana selectiva. Esta membrana permite  |
Resumo
O conceito de que as actividades essencias à vida do ser humano, em particular o seu metabolismo, geram resíduos pode ser utilizado em tecnologias que aproveitem estes resíduos e re-transformem-nos em energia útil. As Células de Combustível Microbianas (CCMs) seguem este conceito: a partir de resíduos produzidas pelo ser humano, que contêm substratos orgânicos e microrganismos, produzem electricidade ou hidrogénio através das vias metabólicas adequadas. Embora consumam alguns recursos externos (eléctrodos, circuito eléctrico), estes são uma pequena fracção na equação ambiental global. O problema das CCMs é que não conseguiram ainda atingir níveis aceitáveis de potência, mas o conceito é energética e termodinamicamente viável.
As CCMs podem constituir uma nova abordagem ao tratamento de matéria orgânica, nomeadamente, no caso, das águas residuais. Estes sistemas possibilitam a remoção da matéria orgânica e concomitantemente a geração de electricidade. Adicionalmente, esta tecnologia tem vantagens a nível económico e ambiental, permitindo produzir energia de uma forma eficiente e limpa. O princípio de produção de energia por via microbiana é um fenómeno conhecido há muito tempo, contudo, esta tecnologia não foi aplicada a nível industrial devido a um desfavorecida relação entre o custo e a produção de energia. As actuais crescentes necessidades energéticas em associação com o problema do tratamento de resíduos levam à necessidade de optimização da tecnologia baseada em CCMs.
Uma CCM convencional é constituída por um compartimento anódico (usualmente em condições anaeróbias) e outro catódico (em condições aeróbias), separados por uma membrana catiónica específica/selectiva. No compartimento anódico o substrato é oxidado pelos microrganismos gerando electrões e protões. Os electrões são transferidos para o compartimento catódico através de um circuito eléctrico externo e os protões são transferidos para o cátodo através da membrana selectiva. Esta membrana permite a passagem dos protões, mas não a de electrões. Desta forma, os electrões ficam aprisionados, sendo forçados a utilizar outra passagem-um fio metálico, ou eléctrodo que liga os dois compartimentos. Esse fluxo de electrões é precisamente a electricidade gerada pelos microrganismos. Os electrões e os protões são consumidos no compartimento catódico através da combinação com oxigénio, formando água. A eficiência na transferência de electrões é convencionalmente potencializada com recurso a mediadores químico. Quando os microrganismos são electroquimicamente activos, ou seja, apresentam estruturas extracelulares (pilus, flagelos) que facilitam a transferência de electrões, não é necessária a utilização de mediadores químicos. Este desenvolvimento no modo de operação de CCMs é relativamente recente, devendo-se aos sistemas celulares de transporte de electrões na parede celular (citocromos) que fazem a transferência para as estruturas extracelulares.
Um aspecto inovador na tecnologia base de operação com CCMs tem associada a utilização de biofilmes (biopelículas biológicas compostas por células e pelos polímeros extracelulares que elas excretam). Estas estruturas biológicas têm demonstrado algumas potencialidades no melhoramento de produção de electricidade e na estabilidade do processo. Algumas dessas potencialidades estão associadas à existência de uma elevada concentração de polímeros extracelulares (proteínas, polissacáridos, DNA, ácidos húmicos), potencialmente envolvidos no transporte de electrões. Estudos de viabilidade económica das CCMs indicam atractividade a partir de 160 W/m3 de água residual tratada.
Com este projecto é pretendido construir e optimizar uma CCM, a operar com um bioânodo e um biocátodo compartimentados, com base na tecnologia de biofilmes produtores de electricidade. |