Desenvolvimento de uma célula a combustível microbiana de solo de alta densidade potência e auto-alimentada para a produção de energia e biorremediação de solo e água contaminada com BTEXs de petróleo e seus derivados

• Processo: 23/14790-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2024
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Química Analítica
• Pesquisador responsável: Adalgisa Rodrigues de Andrade
• Beneficiário: João Carlos de Souza
• Supervisor: Mirella di Lorenzo
• Instituição Sede: Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP). Universidade de São Paulo (USP). Ribeirão Preto , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: University of Bath, Inglaterra
• Vinculado à bolsa: 21/12866-9 - Desenvolvimento de sensores eletroquímicos utilizados na detecção eletroquímica de BTEXs em águas residuais de petróleo autoalimentados por uma célula a combustível microbiana: detecção de BTEXs, tratamento e produção de energia, BP.PD
• Assunto(s): Energia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Bioremediation | BTEXs | energy | oil | Self-powered electrochemical sensors | Soil microbial fuel cell | Bioeletroquímica e Eletroanalítica

Resumo

A contaminação do solo e da água por petróleo e seus derivados tem aumentado consideravelmente, causando sérios danos à saúde e ao meio ambiente, e acabando por se tornar objeto de significativa preocupação entre pesquisadores e agências reguladoras da área da saúde e do meio ambiente. O petróleo e seus derivados são compostos por uma mistura de diferentes compostos orgânicos. Dentre os compostos orgânicos destacam-se os BTEXs (benzeno, tolueno, etilbenzenos e xilenos), que apresentam alta toxicidade, mutagenicidade e carcinogenicidade. Por estas razões, os principais esforços de investigação têm-se centrado na monitorização, detecção, quantificação, remediação e tratamento destes compostos no solo e na água. Neste contexto, o desenvolvimento de um sistema autossustentável para biorremediação e detecção destes contaminantes por uma célula a combustível microbiana de solo (SMFC) parece ser uma alternativa muito atraente e promissora. Desta forma, a geração de energia, detecção e monitoramento de BTEXs no solo e na água podem ser combinados em um único sistema. Através do SMFC é possível realizar a biorremediação, degradação e tratamento de diversos contaminantes presentes no solo e na água através da ação de microrganismos. Desta forma, a bioeletricidade gerada poderá ser utilizada como fonte de energia para sensores eletroquímicos ou biossensores acoplados à estrutura do SMFC, gerando assim um dispositivo autoalimentado. Sensores eletroquímicos ou biossensores, desenvolvidos através da modificação de eletrodos, podem ser uma excelente alternativa para detecção, quantificação e monitoramento de diversos compostos presentes em diferentes matrizes com respostas confiáveis, rápidas, de fácil manuseio e baixo custo. Além disso, permitem o desenvolvimento de métodos analíticos mais robustos, com alto desempenho e portabilidade. Assim, através da construção de um dispositivo combinando SMFC com sensores eletroquímicos acoplados à sua estrutura, é possível realizar simultaneamente biorremediação, degradação, tratamento e quantificação eletroquímica de diversos compostos, como os BTEXs, presentes em amostras de solo e água. Para tanto, propõe-se o desenvolvimento de um projeto em parceria com a Prof. Dr. Mirella Di Lorenzo (Departamento de Engenharia Química da Universidade de Bath - Inglaterra - Reino Unido), que possui expertise e ampla experiência no desenvolvimento de interfaces bioeletroquímicas, inovadoras de baixo célula de combustível biológico (BFC) de custo e SMFC para captura de energia, monitoramento da qualidade do solo, aplicações de água ou saúde, a fim de desenvolver um novo SMFC para a produção de energia elétrica, tratamento, biorremediação e degradação de compostos orgânicos altamente tóxicos, como BTEXs, presentes no solo e na água. Neste projeto propomos o desenvolvimento de uma SMFC de alta densidade de potência e autoalimentado para produção de energia por biorremediação de solo e água contaminados com BTEXs de petróleo e seus derivados. Como objetivo adicional, propomos também uma tentativa de acoplar um sensor eletroquímico a SMFC a fim de desenvolver e obter um sistema com sensores eletroquímicos autoalimentados para detecção, determinação e quantificação de BTEXs. A eficiência do sistema de detecção e tratamento será avaliada através da análise da quantidade de BTEXs, toxicidade e mutagenicidade de amostras de solo e água antes e depois do tratamento com SMFC. Por fim, o desenvolvimento deste projeto de pesquisa contribuirá efetivamente para encontrar novas tecnologias para tratamento de solo e água, contribuindo para avaliação de riscos, preservação ambiental e saúde humana.