Desenvolvimento de Biocélulas a Combustível Microbiológicas para Bioprodução e Oxidação de Etanol

• Processo: 15/22973-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2016
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2021
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Frank Nelson Crespilho
• Beneficiário: Graziela Cristina Sedenho
• Instituição Sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 17/15714-0 - Bateria de fluxo redox acoplada com biocélula a combustível microbiológica, BE.EP.DR
• Assunto(s): Etanol
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biocélulas a combustível microbiológicas | Bioeletrodos | Etanol | Bioenergia e Bioeletrocatálise

Resumo

Biocélulas a combustível microbiológicas (MFCs) são dispositivos bioeletroquímicos que convertem energia química em energia elétrica a partir da oxidação de matéria orgânica (combustível) por meio de microrganismos, sendo esses utilizados em bioânodos. Neste âmbito, este projeto de doutorado visa estudar uma biocélula a combustível utilizando microrganismos anaeróbicos facultativos (como fungos da espécie Saccharomyces cerevisiae) para bioprodução de etanol, podendo este produto formado ser utilizado como substrato em outros sistemas visando a obtenção de bioeletrodos cooperativos na presença de enzimas. Serão estudadas duas rotas de conversão de energia: 1) liberação de agentes redutores em solução; 2) transferência de elétrons intramembrana celular. Com relação ao estado da arte para esses sistemas, os maiores desafios são desenvolver estes dispositivos com elevada estabilidade eletroquímica, alta densidade de potência e com bioeletrodos robustos. Além disso, a literatura pouco reporta sobre a cinética de transferência de elétrons intramembrana celular. Assim, o principal objetivo deste projeto é superar estes desafios, propondo a utilização de bioânodos compostos por fibras flexíveis de carbono modificadas. Também, pretende-se estudar os mecanismos envolvendo mediadores de elétrons e os bioeletrodos, assim como compreender como os microrganismos podem influenciar a cinética das reações. Por fim, pretende-se otimizar os protótipos de MFCs em escala laboratorial para obter as melhores condições de operação.

Publicações científicas

(12)

(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)

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SEDENHO, GRAZIELA C.; DE PORCELLINIS, DIANA; JING, YAN; KERR, EMILY; MEJIA-MENDOZA, LUIS MARTIN; VAZQUEZ-MAYAGOITIA, ALVARO; ASPURU-GUZIK, ALAN; GORDON, ROY G.; CRESPILHO, FRANK N.; AZIZ, MICHAEL J.. Effect of Molecular Structure of Quinones and Carbon Electrode Surfaces on the Interfacial Electron Transfer Process. ACS APPLIED ENERGY MATERIALS, v. 3, n. 2, p. 1933-1943, FEB 2020. (17/15714-0, 13/14262-7, 15/22973-6)

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CRESPILHO, FRANK N.; SEDENHO, GRAZIELA C.; DE PORCELLINIS, DIANA; KERR, EMILY; GRANADOS-FOCIL, SERGIO; GORDON, ROY G.; AZIZ, MICHAEL J.. Non-corrosive, low-toxicity gel-based microbattery from organic and organometallic molecules. JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A, v. 7, n. 43, p. 24784-24787, NOV 21 2019. (17/15714-0, 13/14262-7, 15/22973-6)

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Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

SEDENHO, Graziela Cristina. Bioelectrochemical and bioinspired energy conversion systems: from heterogeneous and extracellular electron transfer to applications in aqueous batteries and biofuel cells. 2021. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Química de São Carlos (IQSC/BT) São Carlos.