Célula a combustível microbiana: influência da temperatura e da resistência externa sobre a atividade eletrogênica

Autor(es)

Julio Cano

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: São Paulo.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola de Artes, Ciências e Humanidades (EACH)
• Data de defesa: 2022-12-05

Membros da banca

Marcelo Antunes Nolasco; Eduardo Dellosso Penteado; Valeria Reginatto Spiller

• Orientador: Marcelo Antunes Nolasco

Resumo

A célula a combustível microbiana (CCM) é uma tecnologia que possibilita a conversão de matéria orgânica em energia elétrica. Este projeto teve como objetivo analisar a influência da temperatura para remoção de matéria orgânica e geração de energia em conjunto da otimização da resistência aplicada ao circuito externo (Rext). O estudo foi realizado com uma CCM tubular, em escala de bancada, no tratamento de efluente sintético simulando vinhaça de usinas de produção de bioetanol. Seis protótipos de CCMs foram construídas e operadas sob fluxo contínuo, estudadas em 3 condições/fases. A fase 1 configurou-se como a partida, ajustes e padronização de todas as unidades. A fase 2 com redução da Rext de 300 &#937 para 22,5 &#937, em condição mesofílica (25,5°C) e termofílica (55,2ºC). Para ambas as fases as CCMs foram alimentadas com efluente sintético com 5 gDQO/L. Para a fase 3 foi elevada a concentração de matéria orgânica (MO), assim os reatores passaram a operar com 20 gDQO/L com a finalidade de avaliar o efeito da carga orgânica sobre a eficiência coulombiana (EC) e a tensão da CCM. A avaliação da eficiência de tratamento da água residuária foi realizada mediante análise de parâmetros físico-químicos e eletroquímicos. Para determinação da resistência interna (Rint) foram utilizadas as curvas de polarização e a espectroscopia de impedância eletroquímica. Os resultados da fase 1 indicaram que as unidades operadas como réplicas possuíam comportamento semelhante, com potencial total acima de 600 mV, com densidade de potência entre 2,7 3,5 W/m3 e Rint abaixo de 13 &#937. A redução da Rext na fase 2 resultou em aumento da densidade de corrente, com valores médios de até 38,6 ± 4,21 A/m³ e 14,69 ± 3,38 de EC. As CCMs operadas a 55°C apresentaram remoção 1,8 vezes maior de MO em relação as unidades mesofílicas. No entanto foi obrservado uma resistência interna elevada, associado a saturação do oxigênio dissolvido no cátodo. Para a fase 2 a condição mesofílica a 22,5 &#937 apresentou maior eficiência para parâmetros de resistência interna e EC. Na fase 3 a elevação da concentração de MO permitiu as CCMs alcançarem os maiores valores de densidade de potência entre as fases anteriores CCM a 55°C com 22,5 &#937 com valor de 14,4 ± 2,36 W/m3. As unidades mesofílicas apresentaram menor remoção de MO e geração de energia, com limtações associadas a resistência de difusão relacionada ao crescimento de biofilme causado pela elevação de MO. Portanto na terceira fase a configuração de maior eficiência em termos de geração de energia foi identificada nas CCMs termofílicas (AU)

• Processo FAPESP: 19/27180-5 - Otimização da remoção de matéria orgânica e geração de energia elétrica em células a combustíveis microbianas
• Beneficiário: Julio Cano
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado