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

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)