Em direção à Agricultura impacto zero: NAno-BioarquiteTUra para REcuperar Amônia - NATURE

• Processo: 23/07992-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2026
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química
• Acordo de Cooperação: Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)
• Pesquisador responsável: Adalgisa Rodrigues de Andrade
• Beneficiário: Adalgisa Rodrigues de Andrade
• Pesquisador Responsável no exterior: Chiara Ingrosso
• Instituição Parceira no exterior: Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) , Itália
• Instituição Sede: Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP). Universidade de São Paulo (USP). Ribeirão Preto , SP, Brasil
• Município da Instituição Sede: Ribeirão Preto
• Pesquisadores associados: Elisabetta Fanizza ; Jefferson Honorio Franco ; Juliana Cancino Bernardi ; María Eugenia Guazzaroni ; Maria Lucia CURRI ; Massimo Trotta ; Matteo Grattieri ; Paolo Stufano ; Valeria Reginatto Spiller
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/12971-5 - Recuperar amônia com produção simultânea de hidrogênio empregando sistemas bioeletroquímicos (BES)., BP.IC
• Assunto(s): Bioeletroquímica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: ammonia recovery | bioelectrochemical systems | bio-refinary | olive oil wastewater | sugarcane wastewater | sustainable processes | bioeletroquimica; tratamento residuos; agroindustria

Resumo

O uso de recursos não renováveis de combustíveis fósseis está limitando o desenvolvimento econômico global. Nesse contexto, um grupo de pesquisadores brasileiros e italianos se uniram para propor o tratamento de efluentes de azeite (OMW), responsáveis por 50% da produção italiana, e de vinhaça, proveniente da produção de cana-de-açúcar da agroindústria brasileira. Ambas as águas residuais de descarte são críticas por seu conteúdo de espécies poluentes, como alto teor de matéria orgânica e nitrogênio. Essa característica pode ser aproveitada para o desenvolvimento de sistemas bioeletroquímicos (BES) que permitam a conversão de energia química em energia elétrica para geração de energia, tornando-a valorizada e economicamente vantajosa. As bactérias são de particular interesse como biocatalisadores em BSE devido à sua versatilidade metabólica para obter dispositivos biohíbridos para a síntese de produtos químicos valiosos, como a amônia (NH3), um dos fertilizantes nitrogenados comerciais de maior volume, importante para o setor agroindustrial em direção à Agricultura de Impacto Zero. Uma maneira de recuperar amônio da WW no BES é oxidar a matéria orgânica no lado do bioânodo em um MFC com migração simultânea de NH4+ para o ânodo no compartimento do cátodo. Lá, o NH3 pode ser recuperado por stripping em pHs altos. Assim, WW limpa, energia e amônia como compostos de valor agregado podem ser obtidos no dispositivo MFC. As densidades de corrente e a geração de energia nesses dispositivos biohíbridos são muito influenciadas pelo projeto do eletrodo e pelas propriedades do material catalisador e, portanto, recursos têm sido focados na engenharia adequada. Este projeto se concentrará em eletrodos bióticos e abióticos. Foi demonstrado que o grafeno e seus compostos com nanopartículas (NPs) de metal (Ag) reduzem a resistência à transferência de carga, aumentam a atividade eletrocatalítica e a geração de energia. Além disso, o acoplamento de NPs metálicas com células bacterianas intactas foi recentemente relatado, permitindo altas densidades de corrente e abrindo caminho para a implementação desses materiais em sistemas bioeletrossintéticos. No lado catódico, investigará nanopartículas inorgânicas de óxidos de metais de transição (NPs). O NATURE se concentrará no desenvolvimento de um protótipo em escala de laboratório neutro em carbono e sustentável de um dispositivo híbrido bioeletrocatalítico, integrando um bioânodo feito de interfase híbrida formada por um nanocompósito híbrido de grafeno decorado com Ag NPs modificado por consórcios de bactérias heterotróficas e bactérias fotossintéticas como biocatalisadores. Em tal dispositivo, a geração de biofotocorrentes no bioânodo, por oxidação da matéria orgânica contida nas águas residuais. No I ano do NATURE, as equipes italiana e brasileira estarão focadas no desenvolvimento do anodo biótico e do catodo abiótico. No II ano da Nature, os parceiros trocarão os eletrocatalisadores otimizados para o anodo biótico pelo CNR&UNIBA, e para o catodo abiótico pela USP/FFCLRP, para a fabricação de um protótipo em escala laboratorial do dispositivo biohíbrido e avaliação de seu funcionamento para recuperação de NH3 da WW real amostras provenientes da produção de azeite, da região da Apúlia, e cana-de-açúcar da região de Ribeirão Preto. Além disso, a UNIBA compartilhará com a USP sua expertise sobre como operar o anodo biótico atualizado com a bactéria modificada para geração de biofotocorrente. No primeiro e segundo ano do NATURE estão previstas quatro visitas (7 dias) às respetivas Instituições estrangeiras.Estão previstas reuniões on-line regularmente organizadas durante os dois anos do NATURE para monitorar o andamento do projeto. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

ZANI, ANA CLARA BONIZOL; DE SOUZA, JOAO CARLOS; DE ANDRADE, ADALGISA RODRIGUES; REGINATTO, VALERIA. Neutral Red Film Augments Extracellular Electron Transfer Performed by Clostridium pasteurianum DSM 525. FERMENTATION-BASEL, v. 10, n. 10, p. 11-pg., 2024-10-01. (14/50945-4, 22/04024-0, 21/12866-9, 24/00725-0, 23/07992-0)

DE SOUZA, JOAO CARLOS; BONIZOL ZANI, ANA CLARA; SILVA, JOAO PEDRO; SANTOS, AMANDA DOS; UMBUZEIRO, GISELA DE ARAGAO; BUENO, ANDRE VALENTE; LOBO, FERNANDA LEITE; REGINATTO, VALERIA; DE ANDRADE, ADALGISA RODRIGUES. High-Performance Microbial Fuel Cell for Aromatic Hydrocarbon Bioremediation: Leveraging a Unique Mangrove-Derived Electrogenic Consortium. ACS OMEGA, v. N/A, p. 14-pg., 2025-10-22. (23/07992-0, 22/04024-0, 24/00725-0, 21/12866-9)