Célula combustível microbiológica para geração de energia e produção de biocompostos - Costa, Liziane Nunes (2019)
Em busca do desenvolvimento de uma inovação para a produção de energia elétrica que, além de minimizar e substituir os combustíveis fósseis, reduza o impacto ambiental, surgiram as células de combustível microbiológicas (CCMs), uma tecnologia promissora que une a geração de eletricidade com o tratamento de efluentes. As CCMs podem converter diretamente energia química em eletricidade pelo uso de bactérias exoeletrogênicas, microorganismos estes que degradam substâncias oxidáveis produzindo metabólitos e elétrons. As células podem usar diferentes substratos orgânicos complexos, incluindo águas residuais domésticas, industriais e agrícolas; assim, considerando que o sedimento marinho possui uma alta carga de nutrientes, micro-organismos e matéria orgânica, e uma grande quantidade deste é retirada e descartada a cada processo de dragagem de grandes portos, utilizar o sedimento do Porto do Rio Grande como matéria-prima para inocular uma CCM torna-se vantajoso. O sedimento possui alta carga de matéria orgânica extracelular e as substâncias poliméricas extracelulares são seus principais constituintes, compreendendo uma mistura de polímeros de alto peso molecular. Este trabalho tem o objetivo de produzir energia elétrica e estudar o processo de obtenção, separação e caracterização de biocompostos obtidos a partir de célula combustível microbiológica de câmara dupla inoculada com o sedimento da dragagem do Porto de Rio Grande. Na primeira etapa deste trabalho, realizou-se a construção de uma CCM de 2 L de volume utilizando o ferrocianeto de potássio 50 mM como aceptor de elétrons. Operando esta célula com uma resistência externa de 1 k obtiveram-se resultados de diferença de potencial elétrico máximo de 0,71 V e densidade de corrente elétrica máxima de 61,74 mA/m². Posteriormente, realizou-se uma curva de polarização para determinar a potência máxima atingida no sistema e sua resistência interna. Com a curva de polarização, verificou-se que ela atingiu densidade de potência máxima de 128,44 mW/m² com a resistência externa de 150 e resistência interna de 60 . Para dar continuidade ao trabalho, reduziu-se a resistência externa aplicada de 1 k para 150 e seguiu-se operando o reator para as demais etapas. Nesta condição, a CCM atingiu ddp de 0,60 V e 50 mA/m². Com a CCM estabilizada, realizou-se a obtenção, separação e caracterização do biocomposto produzido no compartimento anódico. Para separação do biocomposto utilizou-se uma metodologia de precipitação com álcool etílico utilizando a centrifugação para a separação do biocomposto do sobrenadante. Nesta etapa do trabalho estudou-se as melhores condições de separação avaliando o efeito das variáveis concentração de álcool etílico, pH e temperatura de extração na concentração de carbono total do biocomposto, como melhores condições de separação obtiveram-se a concentração de álcool etílico 100%, o pH em 10 e a temperatura de 4°C. Para a caracterização do biocomposto obtido com as melhores condições de separação realizaram-se as análises de carbono total, reológica, morfológica e elementar. O biocomposto apresentou em sua composição 26% de carbono. Na análise reológica demonstrou menor viscosidade com a temperatura de 40°C e apresentou um comportamento de um fluido nãonewtoniano. Como característica morfológica apresentou forma rígida e não uniforme. E em sua composição elementar, o componente majoritário em sua composição foi o oxigênio com 43,23%. A CCM é uma alternativa para a produção de energia elétrica, visto que apresentou resultados de ddp satisfatórios considerando a utilização de um resíduo disponível no meio ambiente para a sua produção. Além disso, paralelamente a produção de eletricidade ela está gerando um bioproduto de possa ter valor agregado.